Est-ce que les fonctions cérébrales complexes du cervelet?
En 1504, Léonard de Vinci a fait des moulages de cire du cerveau humain et a inventé le terme cervelet (latin pour "petit cerveau"). Historiquement, le cervelet a été considéré par la plupart des neuroscientifiques comme une région du cerveau qui est principalement impliquée dans des activités non-pensantes comme la coordination du timing et la précision des mouvements musculaires.
Bien que Vinci ait fait ses fameux moulages en cire du cervelet il y a cinq siècles, les neuroscientifiques commencent tout juste à décoder le mystérieux «petit cerveau». C'est une période très excitante pour rechercher et écrire sur le cervelet. Au cours des dernières années, un grand nombre d'études ont montré, pour la première fois, que le cervelet joue un rôle central dans bon nombre de nos processus cognitifs, émotionnels et créatifs.
En mars 2016, Ian Fyfe, MD, a publié un article intitulé «L'atrophie cérébelleuse a des caractéristiques spécifiques des maladies» dans la revue Nature Reviews Neurology . ( Cervelet signifie «du cervelet» et est le mot « cérébral» , qui signifie «du cerveau».) Dans sa revue, Fyfe met en évidence deux études récentes qui ont identifié des modèles distincts d'atrophie cérébelleuse liés à des schémas plus larges du cerveau. dégénérescence du réseau. Les deux études ont montré que la perte de volume du cerveau de la substance grise dans des régions spécifiques du cervelet est liée à la maladie d'Alzheimer (MA) et à la démence frontotemporale (DFT).
Cette recherche s'ajoute à une liste croissante d'études révolutionnaires sur le cervelet qui ont été publiées l'année dernière. Par exemple, une étude d'avril 2015 a rapporté que les adolescents atteints de troubles du spectre autistique avaient une connectivité cérébelleuse anormale avec des zones du cerveau (en latin «cerveau») impliquées dans des fonctions cognitives d'ordre supérieur telles que la prise de décision, l'attention et le langage. . D'autres études de l'année écoulée ont établi un lien entre les TSA et le développement de cellules de Purkinje atypiques dans le cervelet.
En janvier 2016, une étude a identifié une corrélation entre les lésions des cellules de Purkinje cérébelleuses chez les vétérans de combat qui avaient expérimenté des microblastes fortement liés au syndrome de stress post-traumatique (TSPT) résistant au traitement.
À l'autre extrémité du spectre, en mai 2015, une étude réalisée par des chercheurs de l'Université de Stanford a rapporté qu'une activité cérébelleuse robuste et saine est liée à une pensée créative et à des percées novatrices.
Pour lire la couverture plus en profondeur de toutes les dernières recherches sur le cervelet, consultez les liens vers mes posts Psychology Today au bas de cette page.
En Mars 2015, le programme "Morning Edition" de NPR a fait un reportage sur le cervelet qui a mis en évidence le travail de Jeremy Schmahmann, MD, Massachusetts General Hospital.
Après avoir entendu la pièce NPR, j'ai envoyé un courriel au Dr Schmahmann pour me présenter et lui poser quelques questions sur ses recherches révolutionnaires sur le cervelet. Grâce à notre correspondance, nous avons réalisé que Schmahmann et mon père – qui a passé de nombreuses années en tant que chef de la neurochirurgie à l'hôpital Beth Israel de Boston – avaient un kismet «deux degrés de séparation» par l'intermédiaire de la Harvard Medical School.
Au printemps dernier, j'ai également découvert la théorie fascinante de Schmahmann appelée «dysmétrie de la pensée», qui est essentiellement une hypothèse selon laquelle le cervelet aide à coordonner et à affiner les fonctions cognitives dans le cortex cérébral de la même manière que les mouvements musculaires. avec les hémisphères gauche et droit du cerveau. (L'hémisphère gauche du cerveau contrôle les mouvements du côté droit du corps, l'hémisphère droit du cervelet contrôle les mouvements du côté droit du corps, et vice versa.)
Vous trouverez ci-dessous un extrait YouTube de la conférence du Dr Schmahmann intitulée «Le syndrome cognitif affectif cérébelleux: implications pour la neuropsychiatrie», dans lequel il explique sa théorie révolutionnaire de la «dysmétrie de la pensée» en relation avec le cervelet et les fonctions cérébrales.
Un des points clés de cette vidéo est le fait que, depuis des éons, les chercheurs du cerveau ont identifié des fonctions spécifiques de diverses régions du cerveau seulement après un accident vasculaire cérébral, un accident ou une autre maladie qui a causé des déficits ou des changements de personnalité. Par exemple, la région de Broca (qui est une région du cerveau associée à la parole) a été découverte lorsque Pierre Paul Broca a identifié des déficiences chez deux patients qui avaient perdu leur capacité à parler après une lésion de la région postérieure inférieure du gyrus frontal.
Par conséquent, afin d'identifier les interventions qui optimisent la fonction cérébrale, les neuroscientifiques comptent d'abord faire des associations avec diverses fonctions cognitives en identifiant quand et comment les choses vont mal. Par exemple, toute découverte sur le cervelet qui indique comment la perte de volume cérébral (ou connectivité fonctionnelle) prend quelqu'un au sud de zéro peut être appliquée inversement pour prendre quelqu'un au nord de zéro en identifiant des choix de mode de vie ou des produits pharmaceutiques qui peuvent fortifier le structure et connectivité fonctionnelle du cervelet dans la direction opposée.
Les recherches futures sur le cervelet pourraient mener à des avancées qui aideront les personnes atteintes de démence, de la maladie d'Alzheimer, de l'autisme ou du SSPT à mener une vie meilleure. Cette recherche révolutionnaire sur le cervelet peut également s'avérer utile pour identifier des moyens pratiques d'optimiser la puissance cérébrale et les fonctions cérébrales pour les personnes de tous les milieux.
"Tout ce que fait le cervelet, c'est en faire beaucoup"
Si vous vous demandez comment je me suis intéressé au cervelet, voici la trame de fond. Mon père, Richard Bergland, était neurochirurgien, neuroscientifique et auteur de The Fabric of Mind (Viking). Mon père était obsédé par le cervelet et m'a transmis cette obsession.
Bien que le cervelet ne représente que 10% du volume cérébral total, les hémisphères cérébelleux contiennent bien plus de 50% des neurones totaux du cerveau. Basé sur le nombre disproportionné de neurones dans le cervelet, mon père disait souvent: « Nous ne savons pas exactement ce que fait le cervelet, mais peu importe ce qu'il fait, il en fait beaucoup. "
En 2005, mon père et moi avons créé un modèle de cerveau divisé qui a étiqueté le cerveau comme «cerveau haut» et le cervelet comme «cerveau vers le bas». Ceci était une réponse directe et convaincante au modèle cerveau-cerveau gauche gauche que mon cerveau père avait contribué à mettre en lumière dans les années 1970.
En plus de sa propre écriture pour un public ordinaire, mon père était également un expert médical pour des livres tels que le dessin de Betty Edwards sur le côté droit du cerveau . Bien que mon père ait d'abord préconisé le modèle cerveau gauche-cerveau droit, plus tard dans sa vie, il est devenu convaincu que la division la plus saillante du cerveau n'était pas entre le corps calleux et les hémisphères cérébraux, mais plutôt entre le cerveau moyen et le cerveau. et le cervelet et le vermis.
Quand mon père est décédé subitement d'une crise cardiaque en 2007, j'ai fait le vœu de faire de mon mieux pour finir le travail de sa vie en gardant mes antennes pour de nouvelles recherches sur le cervelet. Mon but est de relier les points de la dernière neuroscience de manière nouvelle et utile pour un public de lecture général. Cet engagement quotidien est la raison pour laquelle j'écris ce billet de blog … Chaque jour, je me réveille en espérant qu'il y aura de nouvelles percées qui feront avancer notre compréhension du cervelet mystérieux et puissant.
Ci-dessous est un simple croquis que j'ai dessiné qui représente comment les différents hémisphères cérébraux pourraient être interconnectés de manière à affiner à la fois nos mouvements musculaires et nos pensées.
L'atrophie du cervelet est liée à la maladie d'Alzheimer et à la démence
Le mois dernier a produit une abondance de nouvelles recherches fructueuses concernant la connexion entre le cervelet et les fonctions cérébrales complexes. Comme je l'ai mentionné plus tôt, Ian Fyfe a récemment mis en évidence deux études différentes comme étant innovantes en reliant une perte de volume cérébral dans le cervelet comme étant associée à un déclin cognitif observé à la fois dans la maladie d'Alzheimer et la démence frontale.
Historiquement, les scientifiques se sont concentrés uniquement sur l'atrophie dans le cortex cérébral comme étant associée à des maladies neurodégénératives telles que la démence. Jusqu'à récemment, le cervelet est généralement passé sous le radar. Cependant, les dernières recherches suggèrent que les modèles d'atrophie observés dans le cervelet peuvent être une partie intrinsèque d'un cadre de dégénérescence en réseau dans lequel la neuropathologie se propage à travers les réseaux de connectivité entre les quatre hémisphères cérébraux.
La première étude, intitulée «Vulnérabilité sélective en réseau du cervelet humain à la maladie d'Alzheimer et à la démence frontotemporale», a été menée par des chercheurs en Australie et publiée dans le numéro de février 2016 de la revue Brain . Les chercheurs ont identifié que des réseaux neuronaux spécifiques entre les circuits cérébelleux – qui partagent des connexions étendues avec le cortex cérébral – pourraient être sélectivement ciblés par certaines maladies neurodégénératives.
Pour cette étude, les neuroscientifiques ont examiné l'atrophie structurelle dans le cervelet à travers les types communs de maladies neurodégénératives, et ont caractérisé les modèles de connectivité fonctionnelle de ces régions d'atrophie cérébelleuse.
Les chercheurs australiens ont conclu que la maladie d'Alzheimer et la démence frontotemporale sont associées à une atrophie distincte et circonscrite dans le cervelet. C'est la première fois que des chercheurs démontrent la vulnérabilité sélective du cervelet aux maladies neurodégénératives courantes. Les chercheurs de l'étude ont conclu,
"Notre travail a également des implications directes sur la contribution cérébelleuse aux processus cognitifs et affectifs qui sont compromis dans la neurodégénérescence ainsi que la pratique de l'utilisation du cervelet comme région de référence pour les études de neuro-imagerie des ligands."
La deuxième étude, «Patterns de l'atrophie cérébelleuse régionale dans la démence frontotemporale génétique», a été menée par des chercheurs de l'University College London (UCL) et publiée dans le numéro de février 2016 de Neuroimage: Clinical .
La démence frontotemporale (DFT) est un trouble neurodégénératif hétérogène à forte composante génétique. Le cervelet n'a pas traditionnellement été considéré comme impliqué dans FTD, mais des recherches récentes suggèrent un lien potentiel à l'atrophie cérébelleuse, car le cervelet est largement connecté à différentes régions du cerveau dans le cerveau, y compris les zones clés impliquées dans FTD.
Les chercheurs soulignent que bien que le vermis (qui relie l'hémisphère gauche et l'hémisphère droit du cervelet) est connu pour être impliqué dans l'intégration de l'entrée sensorielle concernant les commandes motrices, "il est également considéré comme le" cervelet limbique ", impliqué dans la modulation des émotions et des comportements sociaux, basée sur ses connexions avec les structures cérébrales limbiques. "
L'intégrité de la matière grise et blanche entre le cerveau et le cervelet est-elle interconnectée?
Hier, j'ai écrit un article de blog Psychology Today , "Voulez-vous augmenter votre cerveau? Burn Some Calories Via Exercise, "basé sur une nouvelle étude qui a révélé que la combustion des calories par l'activité physique était liée à l'augmentation du volume de matière grise dans le cerveau. D'autres études récentes ont montré qu'un manque d'exercice est lié à la réduction des volumes cérébraux de la matière grise dans le cerveau.
Dans une étude réalisée en août 2015, des chercheurs de l'Institut Beckman de l'Université d'Illinois à Urbana-Champaign ont rapporté que l'exercice aérobique et la forme physique améliorent l'intégrité des voies de la substance blanche reliant la matière grise dans diverses régions du cerveau. Cette amélioration de l'intégrité de la substance blanche était associée à une amélioration de la flexibilité cognitive et de l'activité cérébrale spontanée chez les adultes plus âgés.
Dans The Athlete's Way , je discute du fait que l'atrophie du cervelet est liée à la sédentarité. Les personnes alitées pendant plus de six mois peuvent perdre jusqu'à 23% du volume cellulaire de Purkinje dans le cervelet.
Basé sur les dernières découvertes, on pourrait faire une supposition éclairée que l'activité physique pourrait stimuler la croissance de la matière grise via la neurogenèse dans les deux hémisphères du cerveau et du cervelet. Inversement, rester assis toute la journée pourrait faire rétrécir le volume de matière grise dans les quatre hémisphères cérébraux tout en réduisant simultanément la connectivité fonctionnelle de la substance blanche entre les régions du cerveau.
Albert Einstein a dit de E = mc2, «J'y ai pensé en faisant du vélo.» Einstein était connu pour faire de longues promenades autour du campus de Princeton, faire de la bicyclette régulièrement et être un violoniste virtuose à l'âge de sept ans. Fait intéressant, en 2013, une étude posthume des hémisphères cérébraux d'Albert Einstein a révélé qu'il avait une connectivité extraordinairement robuste entre les hémisphères gauche et droit de son cerveau, ce qui a peut-être déclenché sa brillance.
Bien que ce soit de la pure spéculation de ma part, je ne serais pas surpris d'apprendre qu'Einstein avait aussi une structure robuste et une connectivité fonctionnelle entre ses hémisphères cérébelleux basée sur son activité physique et sa musicalité.
L'une des principales raisons pour lesquelles je suis en croisade pour mettre le cervelet à l'honneur (et faire du mot cérébelleux un mot familier) est que je crois que la clé pour maximiser le potentiel humain de chaque individu réside dans l'optimisation de la structure et de la connectivité fonctionnelle. quatre hémisphères cérébraux tout au long de sa vie.
En tant que père d'un enfant de 8 ans, j'ai la chance que les routines quotidiennes et l'éducation de ma fille représentent un mélange égal d'apprentissage cérébral cristallisé de savoir «explicite» et d'apprentissage «implicite» cérébelleux. En plus des activités cérébrales qui façonnent son «savoir-faire», la routine hebdomadaire de ma fille comprend des activités cérébelleuses comme le tennis, la natation, le ballet, le taekwondo, le piano et le violon, la création artistique, etc. les activités fortifient le développement et la connectivité de son cervelet et de son cerveau.
Assis immobile et mémorisant des faits toute la journée stagne le cervelet
Malheureusement, avec l'insistance excessive sur les résultats des tests standardisés, il y a une réaction instinctive pour réduire le financement des programmes artistiques et sportifs dans les écoles publiques parce que la plupart des gens ne considèrent pas ces programmes comme liés au rendement scolaire. Je crois que cela est à courte vue pour plusieurs raisons.
J'ai le privilège d'être diplômé du Hampshire College, qui est l'un des rares collèges du pays sans tests ni notes. Au Hampshire, vous n'avez jamais à mémoriser des faits ou à vous sentir obligé d'obtenir un A + à un examen. Je crois que mettre l'accent sur l'intelligence cristallisée et les résultats des tests conduit à une réflexion plus fluide.
La pédagogie du Hampshire College nourrit la connectivité entre le cervelet et le cerveau. Quand quelqu'un a la liberté de «débrider» son cortex préfrontal et sa pensée cérébrale, il favorise la créativité en permettant au cervelet d'intégrer et d'affiner les idées complexes entre les quatre hémisphères cérébraux de façon nouvelle et inattendue. Ce type de pensée conduit à Eureka! moments, brevets, marques de commerce, etc.
J'ai pour mission de recueillir autant de données scientifiques qui confirment l'importance des activités quotidiennes qui renforcent l'architecture et la connectivité des quatre hémisphères cérébraux dès le plus jeune âge dans le but de persuader les décideurs politiques américains de financer des programmes artistiques et sportifs. À long terme, notre force de travail et notre économie bénéficieront en allouant des fonds pour des programmes d'art, de musique et d'athlétisme dans les écoles publiques américaines.
En tant que nation, si nous voulons que la prochaine génération de jeunes Américains ait un niveau de puissance cérébrale V12, nous devons mettre l'accent sur les tests standardisés et nous concentrer sur le développement simultané du cervelet et du cerveau de chaque enfant. Se concentrer strictement sur le savoir cristallisé contenu dans le cerveau – et forcer les enfants à rester assis toute la journée à l'école à bourrer la tête de faits et de chiffres – se retournera sur le long terme si nous négligeons le cervelet et lui permettons de s'atrophier.
Afin de faciliter l'intelligence fluide et la pensée créative, je crois qu'il est impératif que les parents, les éducateurs et les entraîneurs aient les ressources nécessaires pour permettre à nos enfants de rester physiquement actifs pendant les récréations, de faire du sport et de s'exprimer. Non seulement cela profitera à la santé de leur corps, mais cela profitera à la structure et à la connectivité fonctionnelle des quatre hémisphères dans leur cerveau.
Conclusion: Une nouvelle technologie aidera à décoder le cervelet mystérieux
En terminant, il y a eu une autre percée neuroscientifique cette semaine qui pourrait ouvrir plus de portes sur notre compréhension du cervelet. Les chercheurs de l'Institut Max Planck de Floride pour les neurosciences ont annoncé qu'ils ont mis au point de nouvelles techniques révolutionnaires pour évaluer l'activité d'apprentissage moteur des neurones de Purkinje pendant des jours, des semaines ou même des mois chez les souris éveillées.
L'étude de mars 2016, «Imagerie chronique de l'activité du calcium des cellules de Purkinje liées au mouvement chez des souris se comportant comme des Awake», a été publiée dans le Journal of Neurophysiology.
Ces techniques de pointe permettront aux neuroscientifiques d'identifier en temps réel les caractérisations spécifiques des cellules de Purkinje lorsqu'une souris s'engage dans l'activité motrice et d'autres comportements. Dans un communiqué de presse, le co-auteur Jason M. Christie, Ph.D., a déclaré: «Notre travail apporte un éclairage significatif sur la compréhension des circuits neuronaux dans le cervelet, qui sera essentiel pour comprendre comment ces circuits sont altérés dans des conditions pathologiques "
C'est une période très excitante pour faire des recherches et des rapports sur le cervelet. Je parie que si Léonard de Vinci était vivant aujourd'hui, il serait agréablement surpris de savoir que le «petit cerveau», qui est dans l'ombre depuis si longtemps, est en train de devenir le plus important au XXIe siècle. Je suis certain que mon père serait ravi de voir que les progrès de la technologie d'imagerie cérébrale aident à résoudre l'énigme énigmatique de ce que tous ces neurones du cervelet sont en train de faire … Restez à l'affût de recherches de pointe sur le cervelet.
Pour en savoir plus sur ce sujet, consultez mes articles de blog Psychology Today ,
- "Le génie d'Einstein lié aux hémisphères cérébraux bien connectés"
- "Trop de pensée cristallisée abaisse l'intelligence des fluides"
- "Le 'bon cerveau' n'est pas la seule source de créativité"
- "La neuroscience de la réussite durable de Madonna"
- "Les activités physiques peuvent-elles améliorer l'intelligence des fluides?"
- "La formation musicale optimise la fonction cérébrale"
- "La neuroscience de l'imagination"
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- "La créativité de l'enfance mène à l'innovation à l'âge adulte"
- "Pourquoi Overthinking saboter le processus créatif"
- "Superfluidité: décoder l'énigme de la flexibilité cognitive"
- "Comment les cellules de Purkinje dans le cervelet sont-elles liées à l'autisme?"
- "Les dommages causés par le cervelet peuvent être la cible du syndrome de stress post-traumatique chez les vétérans de combat"
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