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Nombre de CMH dans les neurones

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J'ai lu que les neurones ont proportionnellement moins de molécules du CMH que les autres cellules du corps. Quel est l'avantage de cela?


La présentation de l'antigène par le CMH induira une réponse cytotoxique du système immunitaire, ce qui est généralement une bonne chose dans le corps puisque la plupart des cellules peuvent simplement se diviser et se répliquer à nouveau. Les neurones, cependant, sont particulièrement inefficaces pour se régénérer après une telle attaque et ne sont pas faciles à trouver ; ils sont aussi assez importants ! Mieux vaut ne pas prendre de risque, hein ?

Cela étant dit, l'expression neuronale du CMH est en fait un cas assez complexe, et cet article en accès libre est un bon début dans le terrier du lapin (voir aussi ici, ici et ici si vous y avez accès).


Nombre de CMH dans les neurones - Biologie

Les neurones et la glie coordonnent les actions et transmettent des signaux dans le SNC et le SNP.

Objectifs d'apprentissage

Rappeler les différences de structure et de fonction entre les systèmes nerveux central et périphérique

Points clés à retenir

Points clés

  • Le système nerveux central contient le cerveau et la moelle épinière, le système nerveux périphérique est constitué des nerfs, des motoneurones, du système nerveux autonome et du système nerveux entérique.
  • Le système nerveux coordonne les actions volontaires et involontaires du corps en transmettant des signaux du cerveau aux autres parties du corps et en écoutant les commentaires.
  • Les systèmes nerveux varient selon les animaux, certains invertébrés n'ont pas de vrai système nerveux ou de vrai cerveau, tandis que d'autres invertébrés ont un cerveau et un système nerveux.
  • Contrairement aux vertébrés, tous les invertébrés n'ont pas à la fois un SNC et un SNP, leurs cordons nerveux sont situés ventralement plutôt que dorsalement.
  • Les fonctions du système nerveux sont assurées par deux types de cellules : les neurones, qui transmettent des signaux entre eux et d'une partie du corps à une autre, et la glie, qui régule l'homéostasie, apportant soutien et protection à la fonction des neurones.

Mots clés

  • neurone: cellule du système nerveux qui conduit l'influx nerveux constituée d'un axone et de plusieurs dendrites
  • système nerveux: un système organique qui coordonne les actions volontaires et involontaires du corps et transmet des signaux entre les différentes parties du corps
  • cellule gliale: cellule du système nerveux qui soutient et protège les neurones

Le système nerveux : introduction

Le système nerveux coordonne les actions volontaires et involontaires du corps et transmet des signaux entre les différentes parties du corps. Le tissu nerveux est apparu pour la première fois dans des organismes ressemblant à des vers il y a environ 550 à 600 millions d'années. Dans la plupart des types d'animaux vertébrés, il se compose de deux parties principales : le système nerveux central (SNC) et le système nerveux périphérique (SNP). Le SNC contient le cerveau et la moelle épinière. Le SNP se compose principalement de nerfs, qui sont de longues fibres qui relient le SNC à toutes les autres parties du corps. Le SNP comprend les motoneurones (médiateurs du mouvement volontaire), le système nerveux autonome (comprenant le système nerveux sympathique et le système nerveux parasympathique, qui régulent les fonctions involontaires), et le système nerveux entérique (une partie semi-indépendante du système nerveux dont la fonction est de contrôler le système gastro-intestinal).

Le système nerveux remplit plusieurs fonctions simultanément. Par exemple, pendant que vous lisez, le système visuel traite ce qui est vu sur la page le système moteur contrôle le tour des pages (ou le clic de la souris) le cortex préfrontal maintient l'attention. Même les fonctions fondamentales, comme la respiration et la régulation de la température corporelle, sont contrôlées par le système nerveux. Un système nerveux est le centre de contrôle d'un organisme : il traite les informations sensorielles provenant de l'extérieur (et de l'intérieur) du corps et contrôle tous les comportements, de l'alimentation au sommeil en passant par la recherche d'un partenaire.

Système nerveux au travail: Le système nerveux d'un athlète est à l'œuvre lors de la planification et de l'exécution d'un mouvement aussi précis qu'un saut en hauteur. Des parties du système nerveux sont impliquées dans la détermination de la force de poussée et du moment de rotation, ainsi que dans le contrôle des muscles de tout le corps qui rendent ce mouvement compliqué possible sans faire tomber la barre en quelques secondes seulement.

Les systèmes nerveux dans tout le règne animal varient en structure et en complexité. Certains organismes, comme les éponges de mer, n'ont pas de véritable système nerveux. D'autres, comme les méduses, n'ont pas de vrai cerveau. Au lieu de cela, ils ont un système de cellules nerveuses séparées mais connectées (neurones) appelé « réseau nerveux ». Les échinodermes, comme les étoiles de mer, ont des cellules nerveuses qui sont regroupées en fibres appelées nerfs. Les vers plats du phylum Platyhelminthes ont à la fois un système nerveux central, composé d'un petit «cerveau» et de deux cordons nerveux, et d'un système nerveux périphérique contenant un système de nerfs qui s'étend dans tout le corps. Le système nerveux des insectes est plus complexe, mais aussi assez décentralisé. Il contient un cerveau, un cordon nerveux ventral et des ganglions (amas de neurones connectés). Ces ganglions peuvent contrôler les mouvements et les comportements sans intervention du cerveau. Les poulpes peuvent avoir le système nerveux des invertébrés le plus compliqué. Ils ont des neurones organisés en lobes spécialisés et des yeux qui sont structurellement similaires aux espèces de vertébrés.

Divers systèmes nerveux: (a) Chez les cnidaires, les cellules nerveuses forment un réseau nerveux décentralisé. (b) Chez les échinodermes, les cellules nerveuses sont regroupées en fibres appelées nerfs. (c) Chez les animaux présentant une symétrie bilatérale, tels que les planaires, les neurones se regroupent dans un cerveau antérieur qui traite l'information. (d) En plus d'un cerveau, les arthropodes ont des groupes de corps de cellules nerveuses, appelés ganglions périphériques, situés le long de la corde nerveuse ventrale. Les mollusques, comme les calmars et (e) les pieuvres, qui doivent chasser pour survivre, ont des cerveaux complexes contenant des millions de neurones. Chez les vertébrés (f), le cerveau et la moelle épinière constituent le système nerveux central, tandis que les neurones s'étendant dans le reste du corps constituent le système nerveux périphérique.

Comparé aux invertébrés, le système nerveux des vertébrés est plus complexe, centralisé et spécialisé. Bien qu'il existe une grande diversité parmi les différents systèmes nerveux des vertébrés, ils partagent tous une structure de base : un SNC et un SNP. Une différence intéressante entre les systèmes nerveux des invertébrés et des vertébrés est que les cordons nerveux de nombreux invertébrés sont situés ventralement (près de l'abdomen), tandis que les moelles épinières des vertébrés sont situées dorsalement (près du dos). Il y a un débat parmi les biologistes évolutionnistes quant à savoir si ces différents plans du système nerveux ont évolué séparément ou si l'arrangement du plan corporel des invertébrés s'est d'une manière ou d'une autre inversé au cours de l'évolution des vertébrés.

Le système nerveux est composé de neurones, cellules spécialisées capables de recevoir et de transmettre des signaux chimiques ou électriques, et de cellules gliales, cellules qui assurent des fonctions de support aux neurones en jouant un rôle de traitement de l'information complémentaire aux neurones. Un neurone peut être comparé à un fil électrique : il transmet un signal d'un endroit à un autre. Glia peut être comparé aux travailleurs de la compagnie d'électricité qui s'assurent que les fils vont aux bons endroits, entretiennent les fils et retirent les fils cassés. Bien que les cellules gliales soutiennent les neurones, des preuves récentes suggèrent qu'elles assument également certaines des fonctions de signalisation des neurones.


Biologie cellulaire moléculaire. 4e édition.

Dans cette section d'introduction, nous décrivons les caractéristiques structurelles propres aux neurones et les types de signaux électriques qu'ils utilisent pour traiter et transmettre des informations. Nous introduisons ensuite les synapses, les sites spécialisés où les neurones envoient et reçoivent des informations d'autres cellules, et certains des circuits qui permettent à des groupes de neurones de coordonner des processus complexes. Chacun de ces sujets sera traité plus en détail dans les sections suivantes du chapitre.


35.1 Neurones et cellules gliales

À la fin de cette section, vous serez en mesure d'effectuer les opérations suivantes :

  • Énumérer et décrire les fonctions des composants structurels d'un neurone
  • Énumérer et décrire les quatre principaux types de neurones
  • Comparer les fonctions de différents types de cellules gliales

Les systèmes nerveux dans tout le règne animal varient en structure et en complexité, comme l'illustre la variété d'animaux illustrés à la figure 35.2. Certains organismes, comme les éponges de mer, n'ont pas de véritable système nerveux. D'autres, comme les méduses, n'ont pas de véritable cerveau et ont à la place un système de cellules nerveuses séparées mais connectées (neurones) appelé « réseau nerveux ». Les échinodermes tels que les étoiles de mer ont des cellules nerveuses regroupées en fibres appelées nerfs. Les vers plats du phylum des Platyhelminthes ont à la fois un système nerveux central (SNC), composé d'un petit « cerveau » et de deux cordons nerveux, et un système nerveux périphérique (SNP) contenant un système de nerfs qui s'étend dans tout le corps. Le système nerveux des insectes est plus complexe mais aussi assez décentralisé. Il contient un cerveau, un cordon nerveux ventral et des ganglions (amas de neurones connectés). Ces ganglions peuvent contrôler les mouvements et les comportements sans intervention du cerveau. Les pieuvres peuvent avoir le système nerveux des invertébrés le plus compliqué : elles ont des neurones organisés en lobes spécialisés et des yeux qui sont structurellement similaires aux espèces de vertébrés.

Comparé aux invertébrés, le système nerveux des vertébrés est plus complexe, centralisé et spécialisé. Bien qu'il existe une grande diversité parmi les différents systèmes nerveux des vertébrés, ils partagent tous une structure de base : un SNC qui contient un cerveau et une moelle épinière et un SNP composé de nerfs périphériques sensoriels et moteurs. Une différence intéressante entre les systèmes nerveux des invertébrés et des vertébrés est que les cordons nerveux de nombreux invertébrés sont situés ventralement alors que les moelles épinières des vertébrés sont situées dorsalement. Il y a un débat parmi les biologistes évolutionnistes quant à savoir si ces différents plans du système nerveux ont évolué séparément ou si l'arrangement du plan du corps des invertébrés a d'une manière ou d'une autre « basculé » au cours de l'évolution des vertébrés.

Lien vers l'apprentissage

Regardez cette vidéo du biologiste Mark Kirschner discutant du phénomène de « retournement » de l'évolution des vertébrés.

Le système nerveux est composé de neurones, cellules spécialisées capables de recevoir et de transmettre des signaux chimiques ou électriques, et de la glie, cellules qui assurent des fonctions de support aux neurones en jouant un rôle de traitement de l'information complémentaire aux neurones. Un neurone peut être comparé à un fil électrique : il transmet un signal d'un endroit à un autre. Glia peut être comparé aux travailleurs de la compagnie d'électricité qui s'assurent que les fils vont aux bons endroits, entretiennent les fils et débranchent les fils qui sont cassés. Bien que la glie ait été comparée aux ouvrières, des preuves récentes suggèrent qu'elles usurpent également certaines des fonctions de signalisation des neurones.

Il existe une grande diversité dans les types de neurones et de cellules gliales présents dans différentes parties du système nerveux. Il existe quatre principaux types de neurones, et ils partagent plusieurs composants cellulaires importants.

Neurones

Le système nerveux de la mouche de laboratoire commune, Drosophila melanogaster, contient environ 100 000 neurones, le même nombre qu'un homard. Ce nombre se compare à 75 millions chez la souris et 300 millions chez la pieuvre. Un cerveau humain contient environ 86 milliards de neurones. Malgré ces nombres très différents, le système nerveux de ces animaux contrôle bon nombre des mêmes comportements, des réflexes de base aux comportements plus compliqués comme trouver de la nourriture et courtiser des partenaires. La capacité des neurones à communiquer entre eux ainsi qu'avec d'autres types de cellules est à la base de tous ces comportements.

La plupart des neurones partagent les mêmes composants cellulaires. Mais les neurones sont également hautement spécialisés : différents types de neurones ont des tailles et des formes différentes qui se rapportent à leurs rôles fonctionnels.

Parties d'un neurone

Comme les autres cellules, chaque neurone possède un corps cellulaire (ou soma) qui contient un noyau, un réticulum endoplasmique lisse et rugueux, un appareil de Golgi, des mitochondries et d'autres composants cellulaires. Les neurones contiennent également des structures uniques, illustrées à la figure 35.3, pour recevoir et envoyer les signaux électriques qui rendent possible la communication neuronale. Les dendrites sont des structures arborescentes qui s'étendent loin du corps cellulaire pour recevoir des messages d'autres neurones au niveau de jonctions spécialisées appelées synapses. Bien que certains neurones n'aient pas de dendrites, certains types de neurones ont plusieurs dendrites. Les dendrites peuvent avoir de petites protubérances appelées épines dendritiques, qui augmentent encore la surface pour d'éventuelles connexions synaptiques.

Une fois qu'un signal est reçu par la dendrite, il se déplace ensuite passivement vers le corps cellulaire. Le corps cellulaire contient une structure spécialisée, la butte d'axone qui intègre les signaux de plusieurs synapses et sert de jonction entre le corps cellulaire et un axone. Un axone est une structure en forme de tube qui propage le signal intégré vers des terminaisons spécialisées appelées bornes axonales. Ces terminaux se synapsent à leur tour sur d'autres neurones, muscles ou organes cibles. Les produits chimiques libérés aux bornes des axones permettent de communiquer des signaux à ces autres cellules. Les neurones ont généralement un ou deux axones, mais certains neurones, comme les cellules amacrines de la rétine, ne contiennent aucun axone. Certains axones sont recouverts de myéline, qui agit comme un isolant pour minimiser la dissipation du signal électrique lorsqu'il descend dans l'axone, augmentant considérablement la vitesse de conduction. Cette isolation est importante car l'axone d'un motoneurone humain peut mesurer jusqu'à un mètre, de la base de la colonne vertébrale aux orteils. La gaine de myéline ne fait pas réellement partie du neurone. La myéline est produite par les cellules gliales. Le long de l'axone, il y a des lacunes périodiques dans la gaine de myéline. Ces lacunes sont appelées nœuds de Ranvier et sont des sites où le signal est «rechargé» lorsqu'il se déplace le long de l'axone.

Il est important de noter qu'un seul neurone n'agit pas seul : la communication neuronale dépend des connexions que les neurones établissent entre eux (ainsi qu'avec d'autres cellules, comme les cellules musculaires). Les dendrites d'un seul neurone peuvent recevoir un contact synaptique de nombreux autres neurones. Par exemple, on pense que les dendrites d'une cellule de Purkinje dans le cervelet reçoivent le contact de 200 000 autres neurones.

Connexion visuelle

Lequel des énoncés suivants est faux?

  1. Le soma est le corps cellulaire d'une cellule nerveuse.
  2. La gaine de myéline fournit une couche isolante aux dendrites.
  3. Les axones transportent le signal du soma à la cible.
  4. Les dendrites transmettent le signal au soma.

Types de neurones

Il existe différents types de neurones, et le rôle fonctionnel d'un neurone donné dépend intimement de sa structure. Il existe une étonnante diversité de formes et de tailles de neurones dans différentes parties du système nerveux (et d'une espèce à l'autre), comme l'illustrent les neurones illustrés à la figure 35.4.

Bien qu'il existe de nombreux sous-types de cellules neuronales définis, les neurones sont généralement divisés en quatre types de base : unipolaire, bipolaire, multipolaire et pseudo-unipolaire. La figure 35.5 illustre ces quatre types de neurones de base. Les neurones unipolaires ont une seule structure qui s'étend loin du soma. Ces neurones ne se trouvent pas chez les vertébrés mais chez les insectes où ils stimulent les muscles ou les glandes. Un neurone bipolaire a un axone et une dendrite s'étendant du soma. Un exemple de neurone bipolaire est une cellule bipolaire rétinienne, qui reçoit des signaux de cellules photoréceptrices sensibles à la lumière et transmet ces signaux aux cellules ganglionnaires qui transmettent le signal au cerveau. Les neurones multipolaires sont le type de neurone le plus courant. Chaque neurone multipolaire contient un axone et plusieurs dendrites. Les neurones multipolaires se trouvent dans le système nerveux central (cerveau et moelle épinière). Un exemple de neurone multipolaire est une cellule de Purkinje dans le cervelet, qui possède de nombreuses dendrites ramifiées mais un seul axone. Les cellules pseudo-unipolaires partagent des caractéristiques avec les cellules unipolaires et bipolaires. Une cellule pseudo-unipolaire a un seul processus qui s'étend du soma, comme une cellule unipolaire, mais ce processus se ramifie plus tard en deux structures distinctes, comme une cellule bipolaire. La plupart des neurones sensoriels sont pseudo-unipolaires et ont un axone qui se divise en deux extensions : l'une connectée aux dendrites qui reçoivent les informations sensorielles et l'autre qui transmet ces informations à la moelle épinière.

Connexion quotidienne

Neurogenèse

À une certaine époque, les scientifiques pensaient que les gens naissaient avec tous les neurones qu'ils auraient jamais. Les recherches effectuées au cours des dernières décennies indiquent que la neurogenèse, la naissance de nouveaux neurones, se poursuit jusqu'à l'âge adulte. La neurogenèse a été découverte pour la première fois chez des oiseaux chanteurs qui produisent de nouveaux neurones tout en apprenant des chansons. Pour les mammifères, les nouveaux neurones jouent également un rôle important dans l'apprentissage : environ 1000 nouveaux neurones se développent chaque jour dans l'hippocampe (une structure cérébrale impliquée dans l'apprentissage et la mémoire). Alors que la plupart des nouveaux neurones mourront, les chercheurs ont découvert qu'une augmentation du nombre de nouveaux neurones survivants dans l'hippocampe était en corrélation avec la façon dont les rats ont appris une nouvelle tâche. Fait intéressant, l'exercice et certains médicaments antidépresseurs favorisent également la neurogenèse dans l'hippocampe. Le stress a l'effet inverse. Alors que la neurogenèse est assez limitée par rapport à la régénération dans d'autres tissus, la recherche dans ce domaine peut conduire à de nouveaux traitements pour des troubles tels que la maladie d'Alzheimer, les accidents vasculaires cérébraux et l'épilepsie.

Comment les scientifiques identifient-ils de nouveaux neurones ? Un chercheur peut injecter un composé appelé bromodésoxyuridine (BrdU) dans le cerveau d'un animal. Alors que toutes les cellules seront exposées à BrdU, BrdU ne sera incorporée dans l'ADN des cellules nouvellement générées qui sont en phase S. Une technique appelée immunohistochimie peut être utilisée pour attacher une étiquette fluorescente à la BrdU incorporée, et un chercheur peut utiliser la microscopie à fluorescence pour visualiser la présence de BrdU, et donc de nouveaux neurones, dans le tissu cérébral. La figure 35.6 est une micrographie qui montre des neurones marqués par fluorescence dans l'hippocampe d'un rat.

Lien vers l'apprentissage

Ce site contient plus d'informations sur la neurogenèse, y compris une simulation de laboratoire interactive et une vidéo qui explique comment BrdU étiquette de nouvelles cellules.

Alors que la glie est souvent considérée comme le support du système nerveux, le nombre de cellules gliales dans le cerveau dépasse en fait le nombre de neurones d'un facteur dix. Les neurones seraient incapables de fonctionner sans les rôles vitaux que remplissent ces cellules gliales. La glie guide le développement des neurones vers leurs destinations, tamponne les ions et les produits chimiques qui endommageraient autrement les neurones et fournit des gaines de myéline autour des axones. Les scientifiques ont récemment découvert qu'ils jouaient également un rôle dans la réponse à l'activité nerveuse et dans la modulation de la communication entre les cellules nerveuses. Lorsque la glie ne fonctionne pas correctement, le résultat peut être désastreux : la plupart des tumeurs cérébrales sont causées par des mutations de la glie.

Types de Glia

Il existe plusieurs types de glie avec des fonctions différentes, dont deux sont illustrées à la figure 35.7. Les astrocytes, illustrés à la figure 35.8a, entrent en contact avec les capillaires et les neurones du SNC. Ils fournissent des nutriments et d'autres substances aux neurones, régulent les concentrations d'ions et de produits chimiques dans le liquide extracellulaire et fournissent un support structurel aux synapses. Les astrocytes forment également la barrière hémato-encéphalique, une structure qui bloque l'entrée de substances toxiques dans le cerveau. Des expériences d'imagerie calcique ont montré que les astrocytes, en particulier, deviennent actifs en réponse à l'activité nerveuse, transmettent des ondes calciques entre les astrocytes et modulent l'activité des synapses environnantes. La glie satellite fournit des nutriments et un soutien structurel aux neurones du SNP. La microglie récupère et dégrade les cellules mortes et protège le cerveau des micro-organismes envahissants. Les oligodendrocytes, illustrés à la figure 35.8b, forment des gaines de myéline autour des axones dans le SNC. Un axone peut être myélinisé par plusieurs oligodendrocytes, et un oligodendrocytes peut fournir de la myéline pour plusieurs neurones. Ceci est différent du SNP où une seule cellule de Schwann fournit de la myéline pour un seul axone car la cellule de Schwann entière entoure l'axone. La glie radiale sert d'échafaudage pour le développement des neurones lorsqu'ils migrent vers leurs destinations finales. Les cellules épendymaires tapissent les ventricules remplis de liquide du cerveau et le canal central de la moelle épinière. Ils sont impliqués dans la production de liquide céphalo-rachidien, qui sert de coussin pour le cerveau, déplace le liquide entre la moelle épinière et le cerveau et est un composant du plexus choroïde.


Les éléphants ont le plus de neurones. Pourquoi ne sont-ils pas les animaux les plus intelligents ?

Pourquoi les éléphants ne sont-ils pas les animaux les plus intelligents puisqu'ils ont le plus de neurones ? est apparu à l'origine sur Quora : l'endroit pour acquérir et partager des connaissances, permettant aux gens d'apprendre des autres et de mieux comprendre le monde.

Réponse de Fabian van den Berg, neuropsychologue, sur Quora :

Pourquoi les éléphants ne sont-ils pas les animaux les plus intelligents puisqu'ils ont le plus de neurones ?

Nous entendons souvent « plus c'est gros, mieux c'est », ce qui peut être vrai pour les chèques de paie, mais pas pour d'autres choses. Je parle bien sûr du cerveau, quoi d'autre ? La nature a une diversité étonnante de vie, chacune avec un cerveau unique. Certains de ces cerveaux deviennent des organes massifs, comme celui de l'éléphant d'Afrique avec un cerveau de 5 kg (11 livres) et 257 milliards de neurones. Certains cerveaux restent minuscules, comme celui des vers ronds qui ne pèsent qu'une fraction de gramme avec environ 300 neurones au total. Les humains se situent entre les deux, avec un cerveau de 1,4 kg (3 livres) et donnent ou prennent 86 milliards de neurones.

Cela soulève la question, si les humains sont surclassés par des animaux tels que les éléphants, pourquoi sommes-nous la créature autoproclamée la plus intelligente sur terre ? Comment se fait-il qu'un éléphant avec presque 3 fois plus de neurones ne se moque pas de notre combat avec la mécanique quantique ?

Comme un reportage de fin de soirée, la raison pourrait vous surprendre. Pour le dire franchement, les humains ne sont pas si spéciaux. Comme mentionné ci-dessus, nous n'avons pas le plus gros cerveau avec le plus de neurones. Nous n'avons pas non plus le cerveau avec la plus grande surface, les dauphins nous battent là-bas avec leurs plis cérébraux étonnamment complexes. On se rapproche un peu si on prend en compte la taille du corps, mais on perdrait face à un ouistiti (une sorte de petit singe qui honnêtement n’est pas si brillant que ça). Une nouvelle mesure a été élaborée, appelée la « quotient d'encéphalisation » (EQ), qui tient compte du fait que la relation entre le cerveau et la taille du corps n'est pas linéaire. C'est toute une formule, mais ça nous a donné ce dont nous avions besoin pour notre ego, nous étions au top ! Compte tenu de notre taille, nous avons un cerveau 7 fois plus gros qu'il ne devrait l'être. Cela semble bien pour nous, mais la mesure a un peu échoué pour les autres animaux. Le singe rhésus devrait être plus intelligent qu'un gorille si l'on en croyait son QE, ce qui n'est pas le cas. Cela nous ramène à la case départ.

Les humains ne se démarquent pas tellement en général, sauf en ce qui concerne l'intelligence. La taille absolue du cerveau n'est pas ce qui nous rend intelligents, pas plus que la surface, l'EQ ou la densité neuronale. Alors pourquoi un éléphant, avec un cerveau énorme et plus de neurones, n'est-il pas aussi intelligent ou même plus intelligent qu'un humain ? C'est là que les neurosciences et la biologie deviennent un peu délicates, un exemple pourrait aider.

Considérez le supercalculateur le plus rapide du monde. A l'heure où nous écrivons ces lignes, il s'agit du Sommet réalisé par IBM. Il possède un nombre impressionnant de 9,216 processeurs, 27,648 GPU et peut effectuer 200 milliards de calculs par seconde. À titre de comparaison, il faudrait que chaque personne sur terre travaille ensemble, faisant 1 calcul par seconde pendant près d'un an pour faire ce que cette machine peut faire en 1 seconde. Il est conçu pour modéliser l'univers, explorer le cancer et découvrir la génétique à une échelle que nous ne pouvons imaginer. Mais peut-il exécuter Minecraft ? Non, ça ne peut pas. Pourtant, mon ancien ordinateur portable quadricœur i7 peut très bien exécuter Minecraft. Bizarre, n'est-ce pas, un ordinateur immense avec plus de mémoire et de puissance de traitement qu'il n'y en a dans mon appartement ne peut pas exécuter un jeu simple que mon ordinateur portable branlant peut faire ? Voilà pour les « super » ordinateurs.

La vérité est que la chose n'est pas conçue pour exécuter Minecraft. Il est conçu pour exécuter ces modèles astronomiques et biologiques complexes, tandis que mon ordinateur portable est conçu pour exécuter des jeux et diverses autres tâches qui me sont utiles. Je suis sûr qu'avec un peu de bricolage, vous pouvez faire fonctionner n'importe quel jeu sur ces systèmes, mais vous auriez certainement des ennuis pour cela. Lorsque l'on compare les cerveaux, le nombre absolu de neurones n'est pas la seule chose que nous devons examiner. Tout comme la puissance de traitement absolue n'est pas la seule chose que vous recherchez lorsque vous devez jouer à Minecraft. Ce qu'il y a dans une machine, comment elle est connectée, comment elle s'interface, tout change en fonction de l'objectif d'un ordinateur.

Le cerveau humain et le cerveau d'éléphant sont différents à plus d'un titre. Différentes parties ont des concentrations différentes de neurones par exemple. Bien qu'ayant trois fois plus de neurones, les éléphants n'ont qu'un tiers autant de neurones dans leur cortex cérébral. Il se trouve que le cortex est la partie du cerveau que nous associons à de nombreuses « fonctions cognitives supérieures » et à l'intelligence. Toutes ces cellules cérébrales d'éléphants sont concentrées dans d'autres zones, comme le cervelet qui est utilisé pour les mouvements (cette trompe semble très capable).

La façon dont le cerveau est constitué est un autre facteur. Nous estimons que les Néandertaliens avaient un cerveau plus gros que nous, ils avaient la capacité d'avoir un cerveau de 1600 cm3. Lorsque les chercheurs ont récemment cultivé de la matière cérébrale de Néandertal, nous avons vu qu'elle était très différente de la nôtre. Les mini-cerveaux humains étaient de belles sphères lisses, tandis que les cerveaux de Néandertal ressemblaient davantage à du pop-corn. Les conséquences ne sont toujours pas claires, mais cela nous amène à ce point : les cerveaux sont compliqués. Les cerveaux ne sont pas des masses homogènes de neurones et de cellules de soutien. Les cerveaux ont une structure, les neurones forment des colonnes et des couches, ont des voies spécifiques pour envoyer et recevoir des informations spécifiques. La façon dont les neurones sont structurés et connectés affecte quoi et comment ils traitent l'information. Différents animaux ont des besoins différents, des sens différents et des corps différents. Les cerveaux sont formés pour faire face à tout cela. Un éléphant doit contrôler sa trompe pour obtenir de la nourriture, pas résoudre des problèmes de mathématiques pour obtenir de bonnes notes.

Comme mentionné au début, la nature a une diversité étonnante de vie et de cerveaux. Ces cerveaux ont été sculptés par l'évolution sur des millions d'années, et l'évolution ne se soucie pas autant de l'intelligence que nous. L'évolution est un processus sans buts au lieu de cela il faut plus d'un "assez bien" approcher. Un organisme doit fonctionner dans son environnement. Pour notre éléphant, un cerveau d'éléphant est absolument parfait pour faire des choses d'éléphant, c'est le summum de l'éléphantisme.

Les humains avaient différentes tactiques de survie et défis évolutifs. Nous n'avions pas de griffes et n'étions pas très gros et forts, au lieu de cela, nous étions intelligents et sociaux. En termes évolutifs, nous misons tout sur notre cerveau, ce qui se reflète dans notre cortex cérébral. Contrairement à d'autres mesures, notre cortex cérébral arrive généralement en tête par rapport aux autres animaux. Même comparé à d'autres primates, notre cortex est étonnant (plus en organisation qu'en taille). Cela nécessite beaucoup de carburant, ce qui rend très raisonnable de supposer que nous avons battu d'autres primates dans le jeu de l'intelligence parce que nous avons commencé à cuisiner. Mais c'est une histoire pour un autre jour.

L'intelligence est un concept insaisissable, nous ne savons pas vraiment avec certitude ce qui rend une espèce plus intelligente qu'une autre. Il faudra un certain temps avant que nous ayons des réponses définitives, mais nous savons que cela a à voir avec de nombreux facteurs. La taille du cerveau, le nombre de neurones, le nombre de connexions, les différentes structures, les densités, la manière dont ils sont connectés, tous jouent un rôle. Aucune mesure unique ne peut expliquer pourquoi certains animaux sont plus intelligents que d'autres, et encore moins pourquoi certains humains sont plus intelligents que d'autres.

Un éléphant n'est pas aussi intelligent qu'un humain, car un cerveau d'éléphant est formé et câblé pour faire des choses d'éléphant. Tout comme un superordinateur n'est pas fait pour jouer à Minecraft, mais se concentre plutôt sur la simulation de supernovae. Les cerveaux humains font des choses humaines au lieu de choses d'éléphants en fait, nous faisons des éléphants terribles.

Ce n'est pas la taille du cerveau qui compte, c'est la façon dont vous l'utilisez.

Cette question est apparu à l'origine sur Quora - l'endroit pour acquérir et partager des connaissances, permettant aux gens d'apprendre des autres et de mieux comprendre le monde. Vous pouvez suivre Quora sur Twitter, Facebook et Google+. Plus de questions:


Contenu

Les neurones sont les cellules qui transmettent des informations dans le système nerveux d'un animal afin qu'il puisse détecter les stimuli de son environnement et se comporter en conséquence. Tous les animaux n'ont pas de neurones Trichoplax et les éponges manquent complètement de cellules nerveuses.

Les neurones peuvent être emballés pour former des structures telles que le cerveau des vertébrés ou les ganglions neuronaux des insectes.

Le nombre de neurones et leur abondance relative dans différentes parties du cerveau est un déterminant de la fonction neuronale et, par conséquent, du comportement.

Tous les nombres de neurones (sauf Caenorhabditis et Ciona) et tous les nombres de synapses (sauf Ciona) sont des estimations.

Le cortex cérébral est une structure d'un intérêt particulier à l'intersection entre la neuroanatomie comparée et la psychologie cognitive comparée. Historiquement, on avait supposé que puisque seuls les mammifères possédaient un cortex cérébral, eux seuls bénéficiaient des fonctions de traitement de l'information qui lui sont associées, notamment la conscience et la pensée. [57] On sait désormais que les reptiles non aviaires possèdent également un cortex cérébral et que les oiseaux ont un équivalent fonctionnel appelé dorsale ventriculaire ridge (DVR), qui apparaît en fait comme une modification postérieure au cortex reptilien. Une compréhension moderne de la neuroanatomie comparative suggère maintenant que pour tous les vertébrés, le pallium correspond à peu près à cette structure sensori-associative générale. [58] Il est également largement admis que les arthropodes et les vers étroitement apparentés ont une structure équivalente, les corps pédonculés, plus communément appelés corps de champignon. En fait, cette structure chez les invertébrés et le pallium chez les vertébrés peuvent avoir une origine évolutive commune à partir d'un ancêtre commun. [59]

Compte tenu de la fonction apparente de la structure sensori-associative, il a été suggéré que le nombre total de neurones dans le pallium ou ses équivalents peut être le meilleur prédicteur de l'intelligence lors de la comparaison des espèces, étant plus représentatif que la masse ou le volume cérébral total, le cerveau. rapport de masse corporelle, ou quotient d'encéphalisation (QE). [1] On peut donc raisonnablement supposer que le nombre total de neurones dans la structure sensori-associative correspondante d'un animal est fortement lié à son degré de conscience, à l'étendue et à la variété de ses expériences subjectives et à son intelligence. [1]

Les méthodes utilisées pour arriver aux chiffres de cette liste incluent le nombre de neurones par fractionnement isotrope, fractionneur optique ou estimation basée sur les corrélations observées entre le nombre de neurones corticaux et la masse cérébrale au sein de taxons étroitement liés. Le fractionnement isotrope est souvent considéré comme plus simple et fiable que le fractionnement optique, qui peut entraîner à la fois des surestimations et des sous-estimations. [60] L'estimation basée sur la masse cérébrale et le taxon doit être considérée comme la méthode la moins fiable.


La poursuite d'une protéine immunitaire dans le cerveau pourrait faire la lumière sur l'autisme

Un laboratoire de l'Université de Princeton découvre qu'une protéine célèbre pour son rôle dans le système immunitaire est également active dans le cerveau et pourrait être une clé pour comprendre certains cas d'autisme.

Il y a quinze ans, on ne pensait même pas que les protéines sur lesquelles la neuroscientifique de Princeton, Lisa Boulanger a jalonné sa carrière, existaient dans le cerveau. Connues sous le nom de complexe majeur d'histocompatibilité de classe I, ou protéines MHCI, elles sont essentielles à une réponse immunitaire adaptative. L'idée à l'époque était que le cerveau était une zone du corps où le système immunitaire n'était pas actif. Il n'aurait tout simplement pas besoin de CMH.

Une surprise immunologiqueEn tant que post-doctorant à Harvard, Boulanger étudiait la façon dont la perception de la profondeur se forme dans le cerveau et a effectué un criblage impartial des gènes responsables. De manière inattendue, les gènes du CMH sont apparus.

"Nous avons supposé que c'était une erreur", a-t-elle déclaré. Parce que si vous ouvrez un manuel d'immunologie, le chapitre sur le CMH commence par dire qu'il se trouve dans la plupart des cellules nucléées du corps, à l'exception des neurones.

Mais ce n'était pas une erreur. Dans les années qui ont suivi, il est devenu clair que les CMH ne faisaient pas non plus uniquement des choses dans le cerveau en ce qui concerne la vision. Dans l'hippocampe, le centre d'apprentissage et de mémoire du cerveau, les CMH modifient la force de la communication entre les neurones. Et les CMH aident à limiter le nombre de synapses.

"Si vous avez 10 synapses là où vous devriez en avoir deux, vous aurez potentiellement un gros problème", dit Boulanger. "Même si un cerveau plus gros, plus de synapses semble être une excellente idée, ce n'est en fait pas le cas."

Boulanger voulait comprendre comment les CMH effectuaient ce travail essentiel et savait qu'un autre suspect inhabituel contrôlait également la densité synaptique : le récepteur de l'insuline. Dans le reste du corps, ces récepteurs aident à réguler la quantité de sucre dans le sang. Mais dans les neurones, la signalisation à travers eux augmente le nombre de synapses.

Boulanger s'est souvenu d'études vieilles de plusieurs décennies qui suggéraient que les CMH pourraient affecter la signalisation des récepteurs de l'insuline dans les cellules hépatiques et les cellules adipeuses. Cela semblait long, mais elle se demandait si les CMH étaient des récepteurs d'insuline qui pourraient se connecter à ce que faisait le CMH dans le cerveau.

Une étudiante diplômée, Tracy Dixon-Salazar, a d'abord cherché à savoir si la signalisation de l'insuline était normale chez les souris sans CMH. Conformément à une connexion, la signalisation chez les souris était anormalement élevée.

Un test visuelPour le savoir avec certitude, la boursière postdoctorale Carolyn Tyler a utilisé un médicament pour bloquer la signalisation de l'insuline dans des échantillons de cerveau provenant de souris normales ou de souris sans CMH. Ensuite, il était temps de compter les synapses.

Le moyen le plus direct, dit Boulanger, est de les compter physiquement. Joseph Park, premier cycle de Princeton, a passé des dizaines d'heures à prendre des photos de tranches de cerveau au microscope électronique. En zoomant 4 000 fois plus près que ce que l'œil nu peut voir, les synapses deviennent nettes et dénombrables.

« C'est quelque chose que vous voyez dans les manuels lorsque vous faites votre formation », explique Tyler. “Pour le voir dans votre propre tissu sur la lunette, de près, c'est vraiment incroyable.”

Même la plupart des neuroscientifiques, dit-elle, n'ont jamais la chance de voir personnellement une synapse. Pour un œil non averti, les images en noir et blanc sont difficiles à déchiffrer.

"Si vous n'y êtes pas habitué, vous regarderiez cette image et diriez que c'est une très mauvaise image satellite d'une ville très peuplée", explique Boulanger.

Après avoir maîtrisé la compétence d'identification, Park a constaté que les souris sans CMH avaient environ 20 % de synapses en plus que les souris ordinaires. Mais chez ces mêmes souris, les échantillons de cerveau qui avaient été traités avec le médicament étaient normaux.

« Lorsque nous avons corrigé leur signalisation de l'insuline à l'aide d'un médicament, nous avons corrigé la densité de leurs synapses », explique Boulanger. "Cela nous dit que c'est en fait la façon dont le CMH modifie le nombre de synapses dans le cerveau en développement."

L'équipe a publié ses résultats dans le Journal of Neuroscience.

Lien multiple avec la maladie Les résultats pourraient expliquer pourquoi l'inflammation - qui augmente les niveaux de CMH - pourrait conduire à une résistance à l'insuline et à un diabète de type 2 ailleurs dans le corps.

Plus troublant est le fait que le CMH, même s'il se trouve dans le cerveau, peut toujours remplir ses fonctions immunitaires, notamment s'installer à la surface des cellules et offrir des échantillons de ce qu'il y a à l'intérieur aux cellules T à la recherche d'une infection.

« Vous avez une machine moléculaire qui travaille au noir à ces deux endroits », explique Boulanger. “Vous pourriez avoir des interactions souhaitées ou indésirables entre ces deux fonctions de ce groupe de protéines.”

Les résultats de Boulanger sont également cohérents avec une compréhension émergente de certains types d'autisme comme un échec du cerveau à couper ses nombreuses connexions, explique Manny DiCicco-Bloom, neuroscientifique et neurologue pour enfants à la Rutgers Robert Wood Johnson Medical School.

DiCicco-Bloom dit que le même médicament que Boulanger a trouvé si efficace pour réparer les connexions cérébrales chez les souris sans CMH est également utilisé pour traiter un trouble appelé sclérose tubéreuse. Causée par une mutation dans l'un des deux gènes, elle est souvent accompagnée d'autisme. Le médicament, la rapamycine, est utilisé en courtes doses pour éviter les excroissances tubéreuses dans le cœur, mais il pourrait aussi en faire plus.

"Nous ne pouvons probablement pas sanctionner le fait de donner de la rapamycine aux enfants autistes", déclare DiCicco-Bloom. “Mais nous pouvons envisager, et nous avons fait un essai clinique avec des enfants atteints de sclérose tubéreuse, pour voir si cela améliore leur fonction sociale.”

Aperçu de notre passé Les applications cliniques sont intrigantes, mais Boulanger prévient qu'elles ne sont pour l'instant que spéculatives. D'un autre côté, elle réfléchit également à ce que la présence du CMH dans le cerveau pourrait signifier en termes d'évolution.

“Very primitive organisms have neurons and synapses, and the adaptive immune system is a relatively new thing,” says Boulanger. “So what if [MHC] came from the brain and the immune system borrowed it?”

For Boulanger, that prospect offers an exciting possibility: that the secrets she’s uncovered about immune proteins in the brain would return the favor, and help immunologists find the origins of our immune system.


Figure Locations

Figure 6 Variation in the tilt and roll of the TCR on top of the MHC. The left and right views are related by a 90° rotation about a horizontal axis. The MHC peptide backbones and the MHC helices are shown as gray tubes. The orientation axes are colored individually for each TCR. For 15 individual TCRs, the pseudo-twofold axes that relate the V?? et V?? domains of the TCRs to each other are shown, giving a good estimate of the inclination (roll, tilt) of the TCR on top of the MHC. The TCR twofold axes tend to cluster around P4-P6 at the center of the interface. Labels are placed at the top of each axis. The figure also indicates any shifts of the TCR along the peptide where the Ob.1A12 and LC13 TCRs mark the extremes, centered around P1 and P6, respectively. 3A6 and SB27 also are outliers at present where they are centered on one half of the peptide.


Nerve Cell: Dendrites receive messages from other neurons. The message then moves through the axon to the other end of the neuron, then to the tips of the axon and then into the space between neurons. From there the message can move to the next neuron.

Neurons pass messages to each other using a special type of electrical signal. Some of these signals bring information to the brain from outside of your body, such as the things you see, hear, and smell. Other signals are instructions for your organs, glands and muscles.

Neurons receive these signals from neighbor neurons through their dendrites. From there, the signal travels to the main cell body, known as the soma. Next, the signal leaves the soma and travels down the axon to the synapse.

Myelin sheaths cover the axon and work like insulation to help keep the electrical signal inside the cell, which makes it move more quickly. As a final step, the signal leaves through the synapse to be passed along to the next nerve cell.

Let's look a bit closer at how this all works.


The human brain is the most ridiculously complex computer that’s ever existed, and mapping this dense tangle of neurons, synapses and other cells is nigh on impossible. But engineers at Google and Harvard have given it the best shot yet, producing a browsable, searchable 3D map of a small section of human cerebral cortex.

With about 86 billion neurons connecting via 100 trillion synapses, it’s a Herculean task to figure out exactly what each of them does and how those connections form the basis of thought, emotion, memory, behavior and consciousness. Daunting as it may be, though, teams of scientists around the world are rolling up their sleeves and trying to build a wiring diagram for the human brain – a so-called “connectome.”

Last year, researchers at Google and the Howard Hughes Medical Institute paved the way with a fruit fly brain connectome that encompassed about half of the insect’s full brain. Now, Google and the Lichtman Lab at Harvard have released a similar model of a tiny section of human brain.

The researchers started with a sample taken from the temporal lobe of a human cerebral cortex, measuring just 1 mm 3 . This was stained for visual clarity, coated in resin to preserve it, and then cut into about 5,300 slices each about 30 nanometers (nm) thick. These were then imaged using a scanning electron microscope, with a resolution down to 4 nm. That created 225 million two-dimensional images, which were then stitched back together into one 3D volume.

Machine learning algorithms scanned the sample to identify the different cells and structures within. After a few passes by different automated systems, human eyes “proofread” some of the cells to ensure the algorithms were correctly identifying them.

The end result, which Google calls the H01 dataset, is one of the most comprehensive maps of the human brain ever compiled. It contains 50,000 cells and 130 million synapses, as well as smaller segments of the cells such axons, dendrites, myelin and cilia. But perhaps the most stunning statistic is that the whole thing takes up 1.4 petabytes of data – that’s more than a million gigabytes.

Left: a small section of the dataset. Right: A subgraph of neurons, highlighting excitatory neurons in green and inhibitory neurons in red.

And that’s just a tiny fragment of the whole thing – Google says the sample is just one millionth of the volume of the full human brain. Clearly it’s going to take a huge amount of work to scale that up, as will finding a way to store the immense data load and develop a way to organize and access it in a useful way.

While the team begins tackling those problems, the H01 dataset is now available online for researchers and curious onlookers to explore. A companion pre-print paper describing the work is also available on bioRxiv.

A zooming tour through the different layers can be seen in the video below.