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Quelle zone du cerveau a le plus grand nombre de synapses ?

Quelle zone du cerveau a le plus grand nombre de synapses ?

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Conclusion

Des estimations informelles placent les taux de décharge neuronale dans la plage <1-200Hz. Les estimations de la consommation d'énergie dans le néocortex suggèrent un taux de décharge de 0,16 Hz dans le néocortex, ce qui suggère environ 0,29 Hz dans l'ensemble du cerveau, et probablement moins de 1,8 Hz, bien que nous ne soyons pas très confiants dans notre méthodologie d'estimation ici. Nous avons vu des taux de décharge du cortex visuel des animaux dans la plage de 3 à 18 Hz, mais ceux-ci sont probablement d'un ordre de grandeur trop élevé en raison du biais de l'enregistrement des neurones actifs, suggérant des chiffres réels de 0,3 à 1,8 Hz, ce qui est cohérent avec les estimations du néocortex. discuté précédemment. Les périodes réfractaires des neurones (temps de récupération) suggèrent que 1000 Hz est à peu près aussi rapide qu'un neurone normal peut éventuellement se déclencher. Combiné avec l'observation que 90 % des neurones se déclenchent rarement, cela suggère 100 Hz comme limite supérieure élevée du taux de déclenchement moyen. Cependant, cela ne nous renseigne pas sur les neurones inhabituels, qui pourraient être nombreux.

Nous avons donc deux raisonnements relativement faibles suggérant des taux de tir moyens d'environ 0,1 Hz à 2 Hz. Ces estimations sont faibles par rapport à l'éventail des réclamations informelles. Cependant, les affirmations informelles semblent peu fiables, d'autant plus que deux sont plus élevées que notre limite supérieure sur les taux de décharge neuronale (bien que celles-ci ne soient pas non plus fiables). 0,1-2 Hz est également faible par rapport à ces limites supérieures, comme il se doit. Ainsi, notre meilleure estimation est que les neurones se déclenchent à 0,1-2 Hz en moyenne.


L'apprentissage nécessite une activité rythmique des neurones

L'hippocampe représente une structure cérébrale importante pour l'apprentissage. Des scientifiques de l'Institut de psychiatrie Max Planck de Munich ont découvert comment il filtre les signaux neuronaux électriques via un contrôle d'entrée et de sortie, régulant ainsi les processus d'apprentissage et de mémoire.

En conséquence, une transmission efficace du signal nécessite des impulsions dites à fréquence thêta du cortex cérébral. Avec une fréquence de trois à huit hertz, ces impulsions génèrent des ondes d'activité électrique qui se propagent à travers l'hippocampe. Des impulsions d'une fréquence différente n'évoquent aucune transmission, ou seulement une bien plus faible. De plus, la transmission du signal dans d'autres zones du cerveau par potentialisation à long terme (LTP), essentielle à l'apprentissage, ne se produit que lorsque les ondes d'activité ont lieu pendant un certain temps. Les scientifiques ont même une explication pour laquelle nous sommes mentalement plus productifs après avoir bu une tasse de café ou dans une situation de stress aigu : dans leurs expériences, la caféine et la corticostérone, l'hormone du stress, ont stimulé le flux d'activité.

Lorsque nous apprenons et rappelons quelque chose, nous devons nous concentrer sur les informations pertinentes et en faire l'expérience encore et encore. Des expériences électrophysiologiques chez la souris montrent maintenant pourquoi c'est le cas. Des scientifiques appartenant au groupe de recherche Matthias Eder´s ont mesuré la transmission d'impulsions électriques entre les neurones de l'hippocampe de la souris. Au microscope à fluorescence, ils ont pu observer en temps réel comment les neurones transmettent les signaux.

Jens Stepan, scientifique junior à l'Institut de psychiatrie Max Planck de Munich, a stimulé la région d'entrée de l'hippocampe pour la première fois que des stimulations spécifiques à la fréquence thêta produisent une transmission d'impulsions efficace à travers la région CA3/CA1 de l'hippocampe. Cette découverte est très importante, car il est connu d'études antérieures que l'activité neuronale thêta-rythmique dans le cortex entorhinal se produit toujours lorsque de nouvelles informations sont prises en compte de manière ciblée. Avec cette découverte, les chercheurs démontrent que l'hippocampe réagit de manière très sélective aux signaux entorhinaux. De toute évidence, il peut distinguer les informations importantes et, par conséquent, potentiellement dignes de mémoire, des informations sans importance et les traiter d'une manière physiologiquement spécifique.

Une réaction possible est la formation de ce qu'on appelle la potentialisation à long terme (LTP) de la transmission du signal au niveau des synapses CA3-CA1, ce qui est souvent essentiel pour l'apprentissage et la mémoire. La présente étude documente que ce CA1-LTP se produit uniquement lorsque les vagues d'activité à travers l'hippocampe ont lieu pendant un certain temps. En traduisant cela dans notre comportement d'apprentissage, pour mémoriser par exemple une image, nous devrions la regarder attentivement pendant un certain temps, car ce n'est qu'alors que nous produisons les ondes d'activité décrites suffisamment longtemps pour stocker l'image dans notre cerveau.

Avec cette étude, Matthias Eder et ses collègues ont réussi à combler une lacune dans les connaissances. "Notre enquête sur la communication neuronale via le circuit trisynaptique hippocampique nous offre une nouvelle compréhension de l'apprentissage dans l'organisme vivant. Nous sommes les premiers à montrer que la potentialisation à long terme dépend de la fréquence et de la persistance des signaux sensoriels entrants dans l'hippocampe », explique Matthias Eder.

Référence de la revue:

  1. Jens Stepan, Julien Dine, Thomas Fenzl, Stephanie A. Polta, Gregor von Wolff, Carsten T. Wotjak, Matthias Eder. L'entrée de fréquence thêta entorhinale dans le gyrus denté évoque de manière trisynaptique l'hippocampe CA1 LTP. Frontières dans les circuits neuronaux, 2012 6 DOI : 10.3389/fncir.2012.00064

Développement affectif

Avez-vous déjà entendu les termes « maturité émotionnelle » ou « intelligence émotionnelle ? » Bien que ce ne soit pas quelque chose auquel nous pensons souvent en termes d'intelligence, l'intelligence émotionnelle est un élément important pour être un membre bien adapté de la société.

Si un enfant n'a pas l'intelligence émotionnelle pour comprendre pourquoi il est récompensé ou puni, alors la récompense ou la punition n'aura pas l'effet souhaité.

Votre enfant réagira déjà à vos émotions peu de temps après sa naissance, mais il lui reste encore beaucoup de chemin à parcourir dans son développement social et émotionnel. Le fondement d'une telle intelligence est l'empathie, ou la capacité de comprendre ce que ressent quelqu'un d'autre. Vous pouvez encourager le développement de cette caractéristique incroyablement importante chez votre bébé en la démontrant dans l'environnement de votre bébé en créant une atmosphère d'amour dans votre maison et en l'encourageant à traiter les autres comme ils aimeraient être traités.

D'autres éléments importants de l'intelligence émotionnelle qui découlent de l'empathie sont l'intelligence intrapersonnelle, ou le sens de soi, de vos émotions, de vos forces et de vos faiblesses, et l'intelligence interpersonnelle, ou la capacité de comprendre les désirs et les motivations des autres. La première est une compétence importante pour l'introspection et l'amélioration de soi, tandis que la seconde fait de votre enfant un bon leader, un joueur d'équipe et un ami.

Le développement de l'intelligence émotionnelle présente une énigme intéressante sur la façon dont nous récompensons et punissons nos enfants. Si un enfant n'a pas l'intelligence émotionnelle pour comprendre pourquoi il est récompensé ou puni, alors la récompense ou la punition n'aura pas l'effet souhaité. C'est pourquoi il est utile de savoir comment l'intelligence émotionnelle se développe dans la petite enfance. Voici quelques étapes importantes que votre bébé passera :

2-3 mois

Votre bébé commencera à sourire socialement, ou en d'autres termes, il vous sourira directement comme moyen de communication. Ils pleureront aussi pour attirer votre attention.

9-10 mois

L'amélioration rapide de la mémoire à court et à long terme ainsi que les nouvelles connexions entre les lobes frontaux et les centres émotionnels du cerveau signifient qu'environ neuf mois, votre enfant commencera à ressentir une anxiété de séparation et une peur des étrangers. Ils commenceront à montrer une préférence plus marquée pour leurs principaux gardiens à ce moment-là.

18 mois-2 ans

Les enfants de ce groupe d'âge commenceront à montrer qu'ils comprennent les concepts du bien et du mal. La croissance du lobe frontal ainsi que l'amélioration rapide du langage donnent aux enfants un meilleur contexte pour explorer leurs propres émotions et se rapporter aux émotions des autres. C'est le moment où les compétences émotionnelles telles que l'empathie, l'intelligence interpersonnelle et l'intelligence intrapersonnelle commencent à se développer.

3-4 ans

À peu près à cette époque, votre enfant commencera à être plus sociable avec les autres enfants, et avec votre direction, il apprendra à partager ses jouets et à se relayer avec d'autres enfants. Un enfant de quatre ans commencera à associer les punitions à des événements survenus plus tôt dans la journée.

Vous pouvez aider votre enfant à grandir émotionnellement et à apprendre à gérer ses émotions en lui apprenant à en parler. La recherche suggère que même le simple fait de pouvoir étiqueter les émotions que nous ressentons nous aide à ralentir et à prévenir les explosions émotionnelles. Alors, qu'il s'agisse de tristesse, de douleur, de dégoût, d'anticipation ou de joie, encouragez votre enfant à s'exercer à nommer ses sentiments.

Bien sûr, l'intelligence émotionnelle n'existe pas isolément des autres types d'intelligence. La recherche montre que les enfants qui sont émotionnellement compétents ont également tendance à mieux réussir à l'école. De plus, les émotions peuvent faire beaucoup pour influencer la force avec laquelle nous nous souvenons des choses. Alors que les activités mathématiques et les activités scientifiques sont importantes pour la réussite, les activités qui permettent aux enfants d'explorer leurs émotions et leur sens de soi sont également importantes pour leur développement.


État des (neuro)sciences

Ces facettes supplémentaires des neurosciences – transdifférenciation, optogénétique, neurosciences sociales – reflètent l'état général de la science.

« Il y a cinquante ans, un génie solitaire faisait le travail, maintenant les génies travaillent en équipe », explique Cacioppo. Ce n'est pas seulement la façon dont la science est effectuée qui a changé, mais aussi les budgets.

"C'est le meilleur des temps et c'est le pire des temps", dit Landis. « Il existe de merveilleuses opportunités d'utiliser toute cette technologie, mais pas assez de financement pour tous les projets possibles. Choisir les domaines les plus prometteurs à poursuivre nécessitera des choix difficiles. »


Des détails étonnants sur les connexions cérébrales révélés

Des chercheurs de la faculté de médecine de l'Université de Stanford, en appliquant un système d'imagerie de pointe à des échantillons de tissus cérébraux de souris, ont pu localiser et compter rapidement et avec précision les innombrables connexions entre les cellules nerveuses avec un niveau de détail sans précédent. quant à capturer et cataloguer la variété surprenante de ces connexions.

Un cerveau humain typique en bonne santé contient environ 200 milliards de cellules nerveuses, ou neurones, reliées les unes aux autres par des centaines de milliards de minuscules contacts appelés synapses. C'est au niveau de ces synapses qu'une impulsion électrique voyageant le long d'un neurone est relayée à un autre, augmentant ou inhibant la probabilité que le deuxième nerf déclenche sa propre impulsion. Un neurone peut établir jusqu'à des dizaines de milliers de contacts synaptiques avec d'autres neurones, a déclaré Stephen Smith, PhD, professeur de physiologie moléculaire et cellulaire et auteur principal d'un article décrivant l'étude, qui sera publié le 18 novembre dans Neurone.

Parce que les synapses sont si minuscules et si étroitement emballées les unes contre les autres, il a été difficile de maîtriser les circuits neuronaux complexes qui font penser, ressentir et activer le mouvement. Mais la nouvelle méthode peut mettre la cartographie de ces connexions à la portée des scientifiques. Il fonctionne en combinant la photographie haute résolution avec des molécules fluorescentes spécialisées qui se lient à différentes protéines et brillent de différentes couleurs. Une puissance de calcul massive capture ces informations et les convertit en images.

Examinée de près, une synapse - de moins d'un millième de millimètre de diamètre - est une interface spécialisée constituée des bords de deux neurones, séparés par un minuscule espace. Les produits chimiques éjectés du bord d'un neurone diffusent à travers l'espace, déclenchant une activité électrique dans le prochain et relayant ainsi un signal nerveux. Il existe peut-être une douzaine de types connus de synapses, classés selon le type de produit chimique utilisé. Différents types synaptiques diffèrent en conséquence dans les protéines locales, sur un neurone adjacent ou sur l'autre, qui sont associées à l'emballage, à la sécrétion et à l'absorption des différents produits chimiques.

Le nombre de synapses dans le cerveau varie avec le temps. Les périodes de prolifération massive au cours du développement fœtal, de la petite enfance et de l'adolescence cèdent la place à des poussées tout aussi massives de « élagage » au cours desquelles les synapses sous-utilisées sont éliminées, et finalement à un déclin régulier et progressif avec l'âge. Le nombre et la force des connexions synaptiques dans divers circuits cérébraux fluctuent également avec les cycles d'éveil et de sommeil, ainsi qu'avec l'apprentissage. De nombreux troubles neurodégénératifs sont marqués par un épuisement prononcé de types spécifiques de synapses dans des régions clés du cerveau.

En particulier, le cortex cérébral - une fine couche de tissu à la surface du cerveau - est un fourré de neurones à ramifications prolifiques. "Chez un humain, il y a plus de 125 billions de synapses rien que dans le cortex cérébral", a déclaré Smith. C'est à peu près égal au nombre d'étoiles dans 1 500 galaxies de la Voie lactée, a-t-il noté.

Mais tenter de cartographier les circuits complexes du cortex cérébral a été une course folle jusqu'à présent, a déclaré Smith. "Nous l'avons deviné." Les synapses dans le cerveau sont si rapprochées qu'elles ne peuvent pas être résolues de manière fiable même par le meilleur des microscopes optiques traditionnels, a-t-il déclaré. "Maintenant, nous pouvons réellement les compter et, en plus, cataloguer chacun d'eux selon son type."

La tomographie matricielle, une méthode d'imagerie co-inventée par Smith et Kristina Micheva, PhD, qui est une scientifique senior du laboratoire de Smith, a été utilisée dans cette étude comme suit : une plaque de tissu - dans ce cas, du cortex cérébral d'une souris -- a été soigneusement découpé en sections de seulement 70 nanomètres d'épaisseur. (C'est la distance parcourue par 700 atomes d'hydrogène théoriquement alignés côte à côte.) Ces sections ultrafines ont été colorées avec des anticorps conçus pour correspondre à 17 protéines différentes associées aux synapses, et elles ont été encore modifiées par conjugaison à des molécules qui répondent à la lumière en brillant dans Couleurs différentes.

Les anticorps ont été appliqués par groupes de trois sur les coupes de cerveau. Après chaque application, un grand nombre de photographies à très haute résolution ont été automatiquement générées pour enregistrer les emplacements des différentes couleurs fluorescentes associées aux anticorps dirigés contre différentes protéines synaptiques. Les anticorps ont ensuite été rincés chimiquement et la procédure a été répétée avec la prochaine série de trois anticorps, et ainsi de suite. Chaque synapse individuelle a ainsi acquis sa propre « signature » de composition protéique, permettant la compilation d'un catalogue très fin des différents types synaptiques du cerveau.

Toutes les informations capturées sur les photos ont été enregistrées et traitées par un nouveau logiciel de calcul, la plupart conçu par le co-auteur de l'étude Brad Busse, un étudiant diplômé du laboratoire de Smith. Il a pratiquement cousu ensemble toutes les tranches de la dalle d'origine en une image tridimensionnelle qui peut être tournée, pénétrée et parcourue par les chercheurs.

L'équipe de Stanford a utilisé des échantillons de cerveau d'une souris qui avaient été bio-ingénierie afin que les neurones particulièrement gros qui abondent dans le cortex cérébral expriment une protéine fluorescente, normalement trouvée dans les méduses, qui brille d'un vert jaunâtre. Cela leur a permis de visualiser les synapses sur le fond des neurones qu'ils ont liés.

Les chercheurs ont pu "voyager" à travers la mosaïque 3D résultante et observer différentes couleurs correspondant à différents types synaptiques, tout comme un voyageur pourrait transiter dans l'espace et noter les différentes teintes des étoiles parsemant la noirceur infinie. Un film a également été créé par ce logiciel.

Ce niveau de visualisation détaillée n'a jamais été atteint auparavant, a déclaré Smith. "L'ensemble du contexte anatomique des synapses est préservé. Vous savez exactement où se trouve chacune d'elles et de quelle sorte il s'agit", a-t-il déclaré.

Observée de cette manière, la complexité globale du cerveau est presque incroyable, a déclaré Smith. "Une synapse, en soi, ressemble plus à un microprocesseur - avec à la fois des éléments de stockage de mémoire et de traitement de l'information - qu'un simple interrupteur marche/arrêt. En fait, une synapse peut contenir de l'ordre de 1 000 commutateurs à l'échelle moléculaire Un seul cerveau humain a plus de commutateurs que tous les ordinateurs, routeurs et connexions Internet sur Terre », a-t-il déclaré.

Au cours de l'étude, dont l'objectif principal était de présenter l'application de la nouvelle technique aux neurosciences, Smith et ses collègues ont découvert de nouvelles et fines distinctions au sein d'une classe de synapses supposées auparavant identiques. Son groupe se concentre maintenant sur l'utilisation de la tomographie matricielle pour faire ressortir davantage de ces distinctions, ce qui devrait accélérer les progrès des neuroscientifiques, par exemple en identifiant combien de sous-types sont gagnés ou perdus au cours du processus d'apprentissage, après une expérience telle que la douleur traumatique, ou dans les maladies neurodégénératives telles que la maladie d'Alzheimer. Avec le soutien des National Institutes of Health, le laboratoire de Smith utilise la tomographie par matrice pour examiner des échantillons de tissus provenant de cerveaux atteints de la maladie d'Alzheimer obtenus à Stanford et à l'Université de Pennsylvanie.

"Je prévois que dans quelques années, la tomographie par matrice sera devenue une technique de pathologie clinique principale et un outil de recherche sur les médicaments", a déclaré Smith. Lui et Micheva fondent une entreprise qui recueille maintenant des fonds d'investisseurs pour poursuivre les travaux dans ce sens. L'Office of Technology Licensing de Stanford a obtenu un brevet américain sur la tomographie matricielle et en a déposé un deuxième.

Les Neurone L'étude a été financée par le NIH, le Gatsby Charitable Trust, le Howard Hughes Medical Institute, le programme Bio-X de Stanford et un don de Lubert Stryer, MD, le professeur émérite Mme George A. Winzer de biologie cellulaire au département de la faculté de médecine Neurobiologie. Les autres co-auteurs de l'article à Stanford étaient l'étudiant diplômé en neurosciences Nicholas Weiler et la chercheuse scientifique principale Nancy O'Rourke, PhD.

Source de l'histoire :

Matériel fourni par Centre médical de l'université de Stanford. Original écrit par Bruce Goldman. Remarque : Le contenu peut être modifié pour le style et la longueur.


Cerveau

UNE cerveau est un organe qui sert de centre du système nerveux chez tous les animaux vertébrés et la plupart des invertébrés. Il est situé dans la tête, généralement à proximité des organes sensoriels pour les sens tels que la vision. C'est l'organe le plus complexe du corps d'un vertébré. Chez l'homme, le cortex cérébral contient environ 14 à 16 milliards de neurones [1] et le nombre estimé de neurones dans le cervelet est de 55 à 70 milliards. [2] Chaque neurone est relié par des synapses à plusieurs milliers d'autres neurones. Ces neurones communiquent généralement entre eux au moyen de longues fibres appelées axones, qui transportent des trains d'impulsions de signal appelées potentiels d'action vers des parties éloignées du cerveau ou du corps ciblant des cellules réceptrices spécifiques.

Physiologiquement, le cerveau exerce un contrôle centralisé sur les autres organes du corps. Ils agissent sur le reste du corps à la fois en générant des schémas d'activité musculaire et en entraînant la sécrétion de produits chimiques appelés hormones. Ce contrôle centralisé permet des réponses rapides et coordonnées aux changements de l'environnement. Certains types de base de réactivité tels que les réflexes peuvent être médiés par la moelle épinière ou les ganglions périphériques, mais un contrôle ciblé sophistiqué du comportement basé sur des entrées sensorielles complexes nécessite les capacités d'intégration d'informations d'un cerveau centralisé.

Les opérations des cellules cérébrales individuelles sont maintenant comprises dans les moindres détails, mais la façon dont elles coopèrent dans des ensembles de millions reste à élucider. [3] Les modèles récents des neurosciences modernes traitent le cerveau comme un ordinateur biologique, dont le mécanisme est très différent d'un ordinateur électronique, mais similaire dans le sens où il acquiert des informations du monde environnant, les stocke et les traite de diverses manières. .

Cet article compare les propriétés du cerveau à travers toute la gamme des espèces animales, avec la plus grande attention aux vertébrés. Il traite du cerveau humain dans la mesure où il partage les propriétés des autres cerveaux. Les différences entre le cerveau humain et les autres cerveaux sont décrites dans l'article sur le cerveau humain. Plusieurs sujets qui pourraient être traités ici le sont plutôt là, car on peut en dire beaucoup plus dans un contexte humain. Le plus important est la maladie du cerveau et les effets des lésions cérébrales, qui sont traités dans l'article sur le cerveau humain.


Aspects du développement neuronal[modifier | modifier la source]

Certains jalons du développement neural comprennent la naissance et la différenciation des neurones à partir de précurseurs de cellules souches, la migration des neurones immatures de leur lieu de naissance dans l'embryon à leurs positions finales, l'excroissance des axones et des dendrites des neurones, le guidage du cône de croissance mobile à travers l'embryon envers les partenaires postsynaptiques, la génération de synapses entre ces axones et leurs partenaires postsynaptiques, et enfin les changements tout au long de la vie des synapses, qui sont censés sous-tendre l'apprentissage et la mémoire.

Typiquement, ces processus neurodéveloppementaux peuvent être largement divisés en deux classes : les mécanismes indépendants de l'activité et les mécanismes dépendants de l'activité. On pense généralement que les mécanismes indépendants de l'activité se produisent sous forme de processus câblés déterminés par des programmes génétiques joués dans des neurones individuels. Ceux-ci incluent la différenciation, la migration et le guidage axonal vers leurs zones cibles initiales. Ces processus sont considérés comme indépendants de l'activité neuronale et de l'expérience sensorielle. Une fois que les axones atteignent leurs zones cibles, des mécanismes dépendants de l'activité entrent en jeu. Bien que la formation des synapses soit un événement indépendant de l'activité, la modification des synapses et l'élimination des synapses nécessitent une activité neuronale.

Les neurosciences du développement utilisent une variété de modèles animaux, y compris des souris Mus musculus , la mouche des fruits Drosophila melanogaster , le poisson zèbre Danio rerio, Xenopus laevis les têtards et le ver Caenorhabditis elegans, entre autres.


Réalité ou fiction : en matière d'intelligence, la taille du cerveau est-elle importante ?

Que dit la taille du cerveau sur les capacités mentales d'une créature ?

La recherche a montré que le plomb tue les neurones (cellules nerveuses), ce qui entraîne des cerveaux plus petits. On a longtemps émis l'hypothèse que de tels changements dans le cerveau causés par l'exposition au plomb pendant l'enfance pourraient être à l'origine d'une incidence plus élevée de mauvaises performances cognitives et de comportements criminels. Et bien qu'il soit difficile de démêler les effets confusionnels de la race, de la classe sociale et de l'économie, une étude récente de Kim Dietrich, professeur de santé environnementale à l'Université de Cincinnati, a révélé que les personnes qui souffraient de la plus forte exposition au plomb pendant leur enfance avaient la plus petite tailles de cerveau et mdashas ainsi que la plupart des arrestations.

"Cette exposition précoce au plomb était associée à de plus petits volumes de matière grise corticale [les parties du cerveau riches en corps cellulaires neuraux et en synapses] dans la zone préfrontale", dit-il. "Et le fait que nous ayons vu à la fois un comportement criminel et une perte de volume dans ce domaine critique pour la fonction exécutive est probablement plus qu'une simple coïncidence."

C'est peut-être le cas, cependant, de nouvelles études scientifiques sur plusieurs espèces animales, y compris les humains, remettent en question l'idée que la taille du cerveau à elle seule est une mesure de l'intelligence. Les scientifiques soutiennent maintenant que c'est l'organisation sous-jacente du cerveau et l'activité moléculaire au niveau de ses synapses (les jonctions de communication entre les neurones par lesquelles passent les impulsions nerveuses) qui dictent l'intelligence.

Il y a deux ans, Paul Manger, professeur de sciences de la santé à l'Université du Witwatersrand à Johannesburg, en Afrique du Sud, a fait sensation lorsqu'il a qualifié le grand dauphin bien-aimé, propriétaire d'un gros cerveau de taille humaine, de « " qu'un poisson rouge."

"Quand vous regardez les cétacés, ils ont un gros cerveau, absolument", dit Manger. "Mais si vous regardez la structure réelle du cerveau, ce n'est pas très complexe. Et la taille du cerveau n'a d'importance que si le reste du cerveau est organisé correctement pour faciliter le traitement de l'information.

Il soutient que les systèmes au sein du cerveau et comment les neurones ou les cellules nerveuses et les synapses sont organisés et partagent les clés pour déterminer la capacité de traitement de l'information. Manger suppose que les cerveaux des cétacés ne sont pas volumineux à cause de l'intelligence, mais plutôt à cause d'une abondance de cellules gliales graisseuses (cellules non nerveuses servant de tissu de soutien), qui peuvent être présentes pour fournir de la chaleur dans les eaux froides aux neurones de traitement de l'information dans l'intérieur du cerveau.

Mark Uhen, paléontologue des vertébrés au Musée d'histoire naturelle de l'Alabama, et Lori Marino, biologiste qui étudie l'évolution du cerveau des cétacés et des primates au Yerkes National Primate Research Center de l'Université Emory, ne sont pas d'accord. Marino dit que les théories de Manger négligent des années de preuves comportementales qui montrent que les dauphins sont des penseurs complexes. De plus, dit-elle, les mammifères ont une structure cérébrale inhabituelle avec une carte fonctionnelle différente et ne peuvent donc pas être comparés à d'autres espèces.

Marino pense que l'organisation cérébrale unique du dauphin peut représenter une voie évolutive alternative vers une intelligence complexe et que les molécules libérées dans les synapses peuvent fournir cette voie alternative.

Une étude récemment publiée dans Neurosciences de la nature par Seth Grant, neuroscientifique au Wellcome Trust Sanger Institute de Cambridge, avec Richard Emes, professeur de bioinformatique à la Keele University School of Medicine dans le North Staffordshire, tous deux en Angleterre, suggèrent que toutes les espèces ont les mêmes protéines de base qui agissent dans les synapses.

" Si vous nous regardez et que vous pêchez, nous avons des capacités cognitives très différentes ", dit Emes. "Mais nous avons à peu près le même nombre de ces protéines synaptiques. C'est le nombre d'interactions et de duplications de gènes de ces protéines qui fournissent les éléments constitutifs du cerveau pour une fonction cognitive de niveau supérieur.&rdquo

Emes, Grant et leurs collègues sont d'accord avec Marino et Uhen que l'intelligence et les différences entre les espèces sont dues à la complexité moléculaire au niveau synaptique. "Le dogme de base dit que les propriétés de calcul du cerveau sont basées sur le nombre de neurones et de synapses", explique Grant. "Mais nous modifions cela en disant que la complexité moléculaire au sein de ces synapses est également importante."

Grant et Emes ont examiné où environ 150 protéines synaptiques étaient libérées dans le système nerveux des levures, des mouches des fruits et des souris. Ils ont découvert qu'une variation dans les modèles de production et de distribution était liée à une organisation cérébrale de niveau supérieur.

"Les protéines que vous trouvez dans la levure sont le type de protéines qui sont beaucoup plus susceptibles d'être exprimées dans tout le cerveau en quantités uniformes", explique Grant. "Ils ont jeté les bases pour créer des régions du cerveau plus diverses et différentes en utilisant différentes combinaisons et expressions d'autres protéines plus innovantes." Il compare ces protéines moléculaires à des outils dans une boîte à outils qui aident à construire des régions cérébrales spécialisées. Il poursuit en disant que les différentes interactions, duplications ou suppressions de ces protéines ont entraîné au fil du temps le développement évolutif de régions comme le cortex préfrontal chez l'homme, qui est impliqué dans des fonctions exécutives supérieures comme la planification et le comportement orienté vers un objectif.

Grant dit que cette découverte offre aux scientifiques une nouvelle façon d'aborder l'étude de l'évolution et de l'intelligence du cerveau et, peut-être plus important encore, suggère que l'examen de la taille du cerveau a très peu à offrir pour comprendre les capacités cognitives.

« Il est clair maintenant qu'il existe de merveilleuses capacités mentales chez les oiseaux, même avec leur cerveau, leurs cellules nerveuses et leurs connexions neuronales relativement petits. Mais ils ont des synapses moléculaires complexes », explique Grant. « Mon sentiment est que dans les 10 à 20 prochaines années, nos perspectives sur les capacités mentales des différentes espèces changeront radicalement. »

Mais l'idée qu'un gros cerveau équivaut à une grande intelligence ne va pas disparaître de sitôt. Bien que Manger néglige le rôle des cellules gliales dans l'intelligence, une étude anatomique posthume du cerveau d'Albert Einstein a montré que le cerveau du génie scientifique ne différait du cerveau d'autres scientifiques morts que par son rapport plus élevé de cellules gliales aux neurones. Mais une étude de l'organisation du cerveau d'Einstein et de la configuration des molécules synaptiques reste encore à terminer.


Quelle zone du cerveau a le plus grand nombre de synapses ? - Psychologie

Tout le développement de l'enfance est en effet un miracle, et le processus de croissance du cerveau est la facette la plus fascinante de la croissance de l'enfant. Il s'agit d'une phase dynamique lorsqu'une seule cellule est transformée en un adulte fonctionnant efficacement, formé de millions de cellules : l'intelligence, la mémoire, le contrôle moteur, la perception sensorielle et les sens spéciaux diffusent des tentacules dans tout le corps.

Développement cérébral prénatal

L'idée même d'un développement optimal du cerveau du fœtus ne frappe pour la première fois que lorsqu'un bébé présente une anomalie neurologique, comme une grosse tête, une méningomyélocèle ou des convulsions.

La croissance du cerveau commence v très tôt dans la grossesse avant même que la mère ne sache qu'elle est enceinte. T Le tube neural primitif se forme au cours de la quatrième semaine de grossesse. Et le p le développement cérébral renatal montre une forte augmentation de 20 à 36 semaines de gestation.

Bien que toute la croissance et le développement d'un enfant soient génétiquement modifiés, la croissance fœtale peut souvent s'écarter de la normale en raison d'influences externes.

Développement du cerveau du nourrisson

La plupart des neurones (cellules du cerveau) sont formés avant la naissance, mais la plupart des synapses (connexions entre les cellules) se développent pendant la petite enfance et la petite enfance.

Néanmoins, la phase de croissance rapide du cerveau se poursuit tout au long de la petite enfance. La croissance du cerveau est en corrélation avec l'augmentation du périmètre crânien jusqu'à l'âge de 6 ans.

Le taux moyen d'augmentation de la circonférence de la tête

La formule pour calculer la circonférence de la tête attendue pour la taille n'est applicable qu'au cours de la première année de vie :

Tour de tête moyen (cm) =
[ Hauteur (cm) + 12 ] divisé par 2

Par conséquent, à 1 an, un nourrisson a :

    90 pour cent de la taille du cerveau adulte

Le nourrisson en deuxième année de vie atteint en outre :

    Une augmentation de 15 pour cent de la taille totale du cerveau

Cela implique qu'un nourrisson de dix-huit mois bénéficie d'un soutien neurologique complet pour la coordination des mouvements et l'équilibre de la posture du corps. Cependant, le développement effectif suit une partie de ce qui a été effectué plus tard par une séquence d'expériences d'apprentissage.

Le développement et la croissance normaux du cerveau sont extrêmement dynamiques au cours des 2 premières années de la vie. L'interaction bienveillante avec les gardiens et l'environnement en général est la plus critique dans le développement du cerveau du nourrisson.

La croissance varie en taille pour différentes structures cérébrales entre les individus et les sexes. Les connaissances actuelles sur le modèle de croissance cérébrale prénatale et infantile sont limitées et pas exactement complètes. Pourtant, il y a des raisons de croire que le développement de la petite enfance joue un rôle important dans certains troubles neuro-développementaux, dont l'autisme et la schizophrénie.

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Pendant l'adolescence

Le développement du cerveau est un processus continu. Il se poursuit jusqu'à l'adolescence et à l'âge adulte, mais à un rythme beaucoup plus lent. Les volumes totaux de matière cérébrale et de matière grise culminent entre 10 et 20 ans plus tôt chez les filles que chez les garçons.

Average adult brain weighs about 1.5 kilo with cerebral volume being approximately 10 percent larger in boys than in girls 1130 cubic centimeters in females and 1260 cubic centimeters in males.

Studies show that during teenage development, the connections between neurons affecting emotional, physical, and mental abilities are yet in the process of development, which accounts for teenagers' impulsive and emotional approach. Moreover, by attribute of neural plasticity, childhood trauma and abusive experiences block the neuronal development in specific areas of the brain.

Intelligence

Children's intelligence is seen in their creativity skills.  It is a common belief, that individuals with a large brain are more intelligent: Medically it can be only partially correlated to the general concept of intelligence and real-world performance. Nor have clinical studies till date demonstrated any specific  area in human brain that is assigned for creativity.  Moreover,  brain volumes do not correlate with child’s਌ognitive abilities.  However to some extent, cognitive skills could be genetically influenced.

Genetics plays a major role in overall brain growth. Its effects vary for different areas within the brain. Most noted hereditary effect is seen in development of frontal lobes of the brain.

Frontal lobes home the centers for intelligence and therefore could influence cognitive development.  In males, IQ correlates more with gray matter volume in the frontal and parietal lobes whereas in females, it correlates with gray matter volume in the frontal lobe and Broca's area- the brain area involved in language efficiency.

Brain growth continues throughout life

Recent studies have documented increase in gray matter of adults’ brains on learning new vocabulary and on developing new਌ognitive ability or motor skill.

Neuronal plasticity

Neuronal plasticity plays a major role in continuous brain growth and development. In event of new increased learning or brain injury, the neuron reservoir created during prenatal and infancy phases is reached to replenish the requirement. Read more on this aspect of brain growth under childhood development


State of (neuro)science

These additional facets of neuroscience—transdifferentiation, optogenetics, social neuroscience—reflect the overall state of science.

“Fifty years ago a solitary genius was doing the work, now the geniuses are working in teams,” says Cacioppo. It’s not only how science is performed that has changed, but also budgets.

“It’s the best of times and it’s the worst of times,” says Landis. “There are wonderful opportunities to use all of this technology but not enough funding for all of the possible projects. Choosing the most promising areas to pursue will require difficult choices.”


Fact or Fiction: When It Comes to Intelligence, Does Brain Size Matter?

What does brain size say about a creature's mental abilities?

Research has shown that lead kills neurons (nerve cells), resulting in smaller brains. It has long been hypothesized that such changes in the brain caused by childhood lead exposure may be behind a higher incidence of poor cognitive performance and criminal behavior. And although it is difficult to disentangle the confounding effects of race, class and economics, a recent study by Kim Dietrich, a professor of environmental health at the University of Cincinnati, found that individuals who suffered from the highest lead exposure as children had the smallest brain sizes&mdashas well as the most arrests.

"That early lead exposure was associated with smaller volumes of cortical gray matter [the parts of the brain rich in neural cell bodies and synapses] in the prefrontal area," he says. "And the fact that we saw both criminal behavior and volume loss in this critical area for executive function is probably more than just a coincidence."

That may be so, however, new scientific studies across several animal species, including humans, are challenging the notion that brain size alone is a measure of intelligence. Rather, scientists now argue, it is a brain's underlying organization and molecular activity at its synapses (the communication junctions between neurons through which nerve impulses pass) that dictate intelligence.

Two years ago, Paul Manger, a professor of health sciences at the University of the Witwatersrand in Johannesburg, South Africa, caused quite a stir when he referred to the beloved bottlenose dolphin, owner of a large, nearly human-size brain, as "dumber than a goldfish."

"When you look at cetaceans, they have big brains, absolutely," Manger says. "But if you look at the actual structure of the brain, it's not very complex. And brain size only matters if the rest of the brain is organized properly to facilitate information processing."

He argues that the systems within the brain&mdashhow neurons or nerve cells and synapses are organized&mdashare the keys to determining information-processing capacity. Manger speculates that cetacean brains are large not because of intelligence but instead due to an abundance of fatty glial cells (non-nerve cells serving as a supporting tissue), which may be present to provide warmth in cold waters for the information-processing neurons in the brain's interior.

Mark Uhen, a vertebrate paleontologist at the Alabama Museum of Natural History, and Lori Marino, a biologist who studies brain evolution of cetaceans and primates at Emory University's Yerkes National Primate Research Center, disagree. Marino says that Manger's theories discount years of behavioral evidence that show dolphins to be complex thinkers. What's more, she says, the mammals have an unusual brain structure with a different functional map and therefore cannot be compared with other species.

Marino believes that the dolphin's unique brain organization may represent an alternate evolutionary route to complex intelligence&mdashand that molecules released in synapses may provide that alternative path.

A study recently published in Nature Neuroscience by Seth Grant, a neuroscientist at the Wellcome Trust Sanger Institute in Cambridge, along with Richard Emes, a professor in Bioinformatics at Keele University School of Medicine in North Staffordshire, both in England, suggests that all species have the same basic proteins that act in the synapses.

"If you look at us and fish, we have very different cognitive abilities," Emes says. "But we have roughly the same number of these synaptic proteins. It is the number of interactions and gene duplications of these proteins that provide the brain building blocks for higher level cognitive function.&rdquo

Emes, Grant and colleagues agree with Marino and Uhenthat intelligence and differences between species are due to molecular complexity at the synaptic level. "The basic dogma says that the computational properties of the brain are based on the number of neurons and synapses," Grant says. "But we modify that by saying that the molecular complexity within those synapses is also important."

Grant and Emes looked at where approximately 150 synaptic proteins were released in the nervous systems of yeast, fruit flies and mice. They found that a variation in production and distribution patterns was linked to higher-level brain organization.

"The proteins that you find in yeast are the sort of proteins that are far more likely to be found expressed throughout the brain in uniform quantities," Grant says. "They laid a foundation to make more diverse and different regions of the brain using different combinations and expressions of other, more innovative proteins." He likens these molecular proteins to implements in a toolbox that help to build specialized brain regions. He goes on to say that the different interactions, duplications or deletions of these proteins resulted over time in the evolutionary development of regions like the prefrontal cortex in humans which is involved in higher executive function like planning and goal-directed behavior

Grant says that this finding offers scientists a new way to approach the study of brain evolution and intelligence and, perhaps more importantly, suggests that looking at sheer brain size has very little to offer in understanding cognitive abilities.

"It's clear now that there are wonderful mental abilities in birds even with their relatively small brains, nerve cells and neural connections. But they have complex molecular synapses," says Grant. "My sense is in the next 10 to 20 years our perspectives about the mental capacities of different species will change quite radically."

But the idea that a big brain equals big smarts is not going to go away anytime soon. Though Manger discounts the role of glial cells in intelligence, a posthumous anatomical study of Albert Einstein's brain showed that the scientific genius's brain differed from the brains of other dead scientists only with its greater ratio of glial cells to neurons. But a study of Einstein's brain organization and synaptic molecule configuration still remains to be completed.


Which area in the brain has the highest number of synapses? - Psychology

Entire childhood development is a miracle indeed, and the process of brain growth is the most fascinating facet of child growth. It is a dynamic phase when a single cell is transformed into an efficiently functioning adult formed of millions cells: Intelligence, memory, motor control, sensory perception and special senses spread tentacles throughout the body.

Prenatal brain development

The very thought of optimal fetal brain development first strikes only when a baby is noticed to have some neurological abnormality, like big head, meningomyelocele or seizures.

The brain growth starts v ery early in pregnancy even before mother actually knows that she is pregnant. T he primitive neural tube is formed in the fourth week of pregnancy. And the p renatal brain development shows a sharp rise from 20 to 36 weeks of gestation.

Though the entire growth and development of a child is genetically engineered,ꃾtal growthꃊn often deviate from normal due to external influences.

Infant brain development

Most of the neurons (brain cells) are formed before birth, but most of the synapses (connections among cells) develop during infancy and early childhood .

Nevertheless, brain's rapid growth phase continues through out infancy.Brain growth correlates with increase in head circumference till 6 years of age.

The average rate of increase in head circumference

The formula to calculate the expected head circumference for the height is applicable only in first year of life:

Average Head Circumference (cm) =
[ Height (cm) + 12 ] divided by 2

Consequently, at 1 year of age an infant has:

    90 percent of the adult brain size

Infant in second year of life further attains:

    An increase of 15 percent in the total brain size

This implies that an eighteen months old infant has full neurological support for coordination of movements and to balance body's posture . However, the effective development follows some what later effectuated by sequence of learning experiences.

The normal brain development and growth is extremely dynamic in the first 2 years of life. Caring interaction with caretakers and the environment at large is most critical in infant's brain development.

Growth varies in the size for different brain structures between individuals and genders. The current knowledge on prenatal and infancy's brain growth pattern is limited and also not exactly comprehensive. Yet t here are reasons to believe that early childhood development plays a significant role in certain neuro-developmental disorders, including autism and schizophrenia.

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During teenage

Brain development is a continuous process. It continues well into teens and adulthood, but at a much slower pace. Total cerebral and grey matter volumes peak between 10–20 years earlier in girls than in boys.

Average adult brain weighs about 1.5 kilo with cerebral volume being approximately 10 percent larger in boys than in girls 1130 cubic centimeters in females and 1260 cubic centimeters in males.

Studies show that during teenage development, the connections between neurons affecting emotional, physical, and mental abilities are yet in the process of development, which accounts for teenagers' impulsive and emotional approach. Moreover, by attribute of neural plasticity, childhood trauma and abusive experiences block the neuronal development in specific areas of the brain.

Intelligence

Children's intelligence is seen in their creativity skills.  It is a common belief, that individuals with a large brain are more intelligent: Medically it can be only partially correlated to the general concept of intelligence and real-world performance. Nor have clinical studies till date demonstrated any specific  area in human brain that is assigned for creativity.  Moreover,  brain volumes do not correlate with child’s਌ognitive abilities.  However to some extent, cognitive skills could be genetically influenced.

Genetics plays a major role in overall brain growth. Its effects vary for different areas within the brain. Most noted hereditary effect is seen in development of frontal lobes of the brain.

Frontal lobes home the centers for intelligence and therefore could influence cognitive development.  In males, IQ correlates more with gray matter volume in the frontal and parietal lobes whereas in females, it correlates with gray matter volume in the frontal lobe and Broca's area- the brain area involved in language efficiency.

Brain growth continues throughout life

Recent studies have documented increase in gray matter of adults’ brains on learning new vocabulary and on developing new਌ognitive ability or motor skill.

Neuronal plasticity

Neuronal plasticity plays a major role in continuous brain growth and development. In event of new increased learning or brain injury, the neuron reservoir created during prenatal and infancy phases is reached to replenish the requirement. Read more on this aspect of brain growth under childhood development


Emotional Development

Have you ever heard the terms “emotional maturity” or “emotional intelligence?” Though not something we often think about in terms of intelligence, emotional intelligence is an important part of being a well-adjusted member of society.

If a child doesn’t have the emotional intelligence to understand what they’re being rewarded or punished for, then the reward or punishment will not have the desired effect.

Your child will already react to your emotions shortly after birth, but there’s still a long way they have to go in their social and emotional development. The foundation of such intelligence is empathy, or the ability to understand the way that someone else feels. You can encourage baby’s development of this incredibly important characteristic by demonstrating it in your baby’s environment by creating a loving atmosphere in your home and by encouraging them to treat others the way they’d like to be treated.

Other important elements of emotional intelligence that stem from empathy are intrapersonal intelligence, or a sense of self, of your emotions, and of your strengths and weaknesses, and interpersonal intelligence, or the ability to understand others’ desires and motivations. The former is an important skill for introspection and self improvement, while the latter sets your child up to be a good leader, team player, and friend.

The development of emotional intelligence presents an interesting conundrum about the way we reward and punish our children. If a child doesn’t have the emotional intelligence to understand what they’re being rewarded or punished for, then the reward or punishment will not have the desired effect. This is why it’s helpful to know how emotional intelligence develops in early childhood. Here are a few important stages your baby will go through:

2-3 Months

Your baby will start to smile socially, or in other words, they smile directly at you as a way of communication. They’ll also be crying in order to get your attention.

9-10 Months

The rapid improvement of short and long term memory along with the new connections between the frontal lobes and the emotional centers of the brain mean that around nine months your child will start to experience separation anxiety and a fear of strangers. They’ll start to show more dramatic preference for their primary caretakers at this time.

18 Months-2 Years

Children in this age group will begin to show that they understand the concepts of right and wrong. The growth of the frontal lobe as well as the rapid improvement of language gives children better context to explore their own emotions as well as relate to the emotions of others. This is the time that emotional skills such as empathy, interpersonal intelligence, and intrapersonal intelligence begin to develop.

3-4 Years

About this time, your child will begin to be more social with other children, and with your direction, they’ll learn to share their toys and take turns with other kids. A four year old will start to connect punishments with events that happened earlier in the day.

You can help your child grow emotionally and learn to manage emotions by teaching them to talk it out. Research suggests that even just being able to label emotions we are feeling helps us to slow down and prevent emotional outbursts. So whether it’s sadness, pain, disgust, anticipation or joy, encourage your child to practice naming their feelings.

Of course, emotional intelligence does not exist in isolation of other kinds of intelligence. Research shows that children that are emotionally competent also tend to perform better in school. As well, emotions can do a lot to influence how strongly we remember things. While math activities and science activities are important to success, activities that allow children to explore their emotions and sense of self are also important to their development.


Conclusions

Informal estimates place neural firing rates in the <1-200Hz range. Estimates from energy use in the neocortex suggests a firing rate of 0.16Hz in the neocortex, which suggests around 0.29Hz in the entire brain, and probably less than 1.8Hz, though we are not very confident in our estimation methodology here. We saw animal visual cortex firing rates in the 3-18Hz range, but these are probably an order of magnitude too high due to bias from recording active neurons, suggesting real figures of 0.3-1.8 Hz, which is consistent with the estimates from the neocortex previously discussed. Neuron refractory periods (recovery times) suggest 1000Hz is around as fast as a normal neuron can possibly fire. Combined with the observation that 90% of neurons rarely fire, this suggests 100Hz as a high upper bound on the average firing rate. However this does not tell us about unusual neurons, of which there might be many.

So we have two relatively weak lines of reasoning suggesting average firing rates of around 0.1Hz-2Hz. These estimates are low compared to the range of informal claims. However the informal claims appear to be unreliable, especially given that two are higher than our upper bound on neural firing rates (though these are also unreliable). 0.1-2Hz is also low compared to these upper bounds, as it should be. Thus our best guess is that neurons fire at 0.1-2Hz on average.


Learning requires rhythmical activity of neurons

The hippocampus represents an important brain structure for learning. Scientists at the Max Planck Institute of Psychiatry in Munich discovered how it filters electrical neuronal signals through an input and output control, thus regulating learning and memory processes.

Accordingly, effective signal transmission needs so-called theta-frequency impulses of the cerebral cortex. With a frequency of three to eight hertz, these impulses generate waves of electrical activity that propagate through the hippocampus. Impulses of a different frequency evoke no transmission, or only a much weaker one. Moreover, signal transmission in other areas of the brain through long-term potentiation (LTP), which is essential for learning, occurs only when the activity waves take place for a certain while. The scientists even have an explanation for why we are mentally more productive after drinking a cup of coffee or in an acute stress situation: in their experiments, caffeine and the stress hormone corticosterone boosted the activity flow.

When we learn and recall something, we have to concentrate on the relevant information and experience it again and again. Electrophysiological experiments in mice now show why this is the case. Scientists belonging to Matthias Eder´s Research Group measured the transmission of electrical impulses between neurons in the mouse hippocampus. Under the fluorescence microscope, they were able to observe in real time how the neurons forward signals.

Jens Stepan, a junior scientist at the Max Planck Institute of Psychiatry in Munich, stimulated the input region of the hippocampus the first time that specifically theta-frequency stimulations produce an effective impulse transmission across the hippocampal CA3/CA1 region. This finding is very important, as it is known from previous studies that theta-rhythmical neuronal activity in the entorhinal cortex always occurs when new information is taken up in a focused manner. With this finding, the researchers demonstrate that the hippocampus highly selectively reacts to the entorhinal signals. Obviously, it can distinguish important and, thus, potentially recollection-worth information from unimportant one and process it in a physiologically specific manner.

One possible reaction is the formation of the so-called long-term potentiation (LTP) of signal transmission at CA3-CA1 synapses, which is often essential for learning and memory. The present study documents that this CA1-LTP occurs only when the activity waves through the hippocampus take place for a certain time. Translating this to our learning behavior, to commit for instance an image to memory, we should intently view it for a while, as only then we produce the activity waves described long enough to store the image in our brain.

With this study, Matthias Eder and colleagues succeeded in closing a knowledge gap. "Our investigation on neuronal communication via the hippocampal trisynaptic circuit provides us with a new understanding of learning in the living organism. We are the first to show that long-term potentiation depends on the frequency and persistency of incoming sensory signals in the hippocampus," says Matthias Eder.

Journal Reference:

  1. Jens Stepan, Julien Dine, Thomas Fenzl, Stephanie A. Polta, Gregor von Wolff, Carsten T. Wotjak, Matthias Eder. Entorhinal theta-frequency input to the dentate gyrus trisynaptically evokes hippocampal CA1 LTP. Frontiers in Neural Circuits, 2012 6 DOI: 10.3389/fncir.2012.00064

Brain

UNE cerveau is an organ that serves as the center of the nervous system in all vertebrate and most invertebrate animals. It is located in the head, usually close to the sensory organs for senses such as vision. It is the most complex organ in a vertebrate's body. In a human, the cerebral cortex contains approximately 14–16 billion neurons, [1] and the estimated number of neurons in the cerebellum is 55–70 billion. [2] Each neuron is connected by synapses to several thousand other neurons. These neurons typically communicate with one another by means of long fibers called axons, which carry trains of signal pulses called action potentials to distant parts of the brain or body targeting specific recipient cells.

Physiologically, brains exert centralized control over a body's other organs. They act on the rest of the body both by generating patterns of muscle activity and by driving the secretion of chemicals called hormones. This centralized control allows rapid and coordinated responses to changes in the environment. Some basic types of responsiveness such as reflexes can be mediated by the spinal cord or peripheral ganglia, but sophisticated purposeful control of behavior based on complex sensory input requires the information integrating capabilities of a centralized brain.

The operations of individual brain cells are now understood in considerable detail but the way they cooperate in ensembles of millions is yet to be solved. [3] Recent models in modern neuroscience treat the brain as a biological computer, very different in mechanism from an electronic computer, but similar in the sense that it acquires information from the surrounding world, stores it, and processes it in a variety of ways.

This article compares the properties of brains across the entire range of animal species, with the greatest attention to vertebrates. It deals with the human brain insofar as it shares the properties of other brains. The ways in which the human brain differs from other brains are covered in the human brain article. Several topics that might be covered here are instead covered there because much more can be said about them in a human context. The most important is brain disease and the effects of brain damage, that are covered in the human brain article.


Stunning details of brain connections revealed

Researchers at the Stanford University School of Medicine, applying a state-of-the-art imaging system to brain-tissue samples from mice, have been able to quickly and accurately locate and count the myriad connections between nerve cells in unprecedented detail, as well as to capture and catalog those connections' surprising variety.

A typical healthy human brain contains about 200 billion nerve cells, or neurons, linked to one another via hundreds of trillions of tiny contacts called synapses. It is at these synapses that an electrical impulse traveling along one neuron is relayed to another, either enhancing or inhibiting the likelihood that the second nerve will fire an impulse of its own. One neuron may make as many as tens of thousands of synaptic contacts with other neurons, said Stephen Smith, PhD, professor of molecular and cellular physiology and senior author of a paper describing the study, to be published Nov. 18 in Neuron.

Because synapses are so minute and packed so closely together, it has been hard to get a handle on the complex neuronal circuits that do our thinking, feeling and activation of movement. But the new method may put the mapping of these connections within scientists' grasp. It works by combining high-resolution photography with specialized fluorescent molecules that bind to different proteins and glow in different colors. Massive computing power captures this information and converts it into imagery.

Examined up close, a synapse -- less than a thousandth of a millimeter in diameter -- is a specialized interface consisting of the edges of two neurons, separated by a tiny gap. Chemicals squirted out of the edge of one neuron diffuse across the gap, triggering electrical activity in the next and thus relaying a nervous signal. There are perhaps a dozen known types of synapses, categorized according to the kind of chemical employed in them. Different synaptic types differ correspondingly in the local proteins, on one abutting neuron or the other, that are associated with the packing, secretion and uptake of the different chemicals.

Synapse numbers in the brain vary over time. Periods of massive proliferation in fetal development, infancy and adolescence give way to equally massive bursts of "pruning" during which underused synapses are eliminated, and eventually to a steady, gradual decline with increasing age. The number and strength of synaptic connections in various brain circuits also fluctuate with waking and sleeping cycles, as well as with learning. Many neurodegenerative disorders are marked by pronounced depletion of specific types of synapses in key brain regions.

In particular, the cerebral cortex -- a thin layer of tissue on the brain's surface -- is a thicket of prolifically branching neurons. "In a human, there are more than 125 trillion synapses just in the cerebral cortex alone," said Smith. That's roughly equal to the number of stars in 1,500 Milky Way galaxies, he noted.

But attempting to map the cerebral cortex's complex circuitry has been a fool's errand up to now, Smith said. "We've been guessing at it." Synapses in the brain are crowded in so close together that they cannot be reliably resolved by even the best of traditional light microscopes, he said. "Now we can actually count them and, in the bargain, catalog each of them according to its type."

Array tomography, an imaging method co-invented by Smith and Kristina Micheva, PhD, who is a senior staff scientist in Smith's lab, was used in this study as follows: A slab of tissue -- in this case, from a mouse's cerebral cortex -- was carefully sliced into sections only 70 nanometers thick. (That's the distance spanned by 700 hydrogen atoms theoretically lined up side by side.) These ultrathin sections were stained with antibodies designed to match 17 different synapse-associated proteins, and they were further modified by conjugation to molecules that respond to light by glowing in different colors.

The antibodies were applied in groups of three to the brain sections. After each application huge numbers of extremely high-resolution photographs were automatically generated to record the locations of different fluorescing colors associated with antibodies to different synaptic proteins. The antibodies were then chemically rinsed away and the procedure was repeated with the next set of three antibodies, and so forth. Each individual synapse thus acquired its own protein-composition "signature," enabling the compilation of a very fine-grained catalog of the brain's varied synaptic types.

All the information captured in the photos was recorded and processed by novel computational software, most of it designed by study co-author Brad Busse, a graduate student in Smith's lab. It virtually stitched together all the slices in the original slab into a three-dimensional image that can be rotated, penetrated and navigated by the researchers.

The Stanford team used brain samples from a mouse that had been bioengineered so that particularly large neurons that abound in the cerebral cortex express a fluorescent protein, normally found in jellyfish, that glows yellowish-green. This let them visualize synapses against the background of the neurons they linked.

The researchers were able to "travel" through the resulting 3-D mosaic and observe different colors corresponding to different synaptic types just as a voyager might transit outer space and note the different hues of the stars dotting the infinite blackness. A movie was also created by this software.

This level of detailed visualization has never been achieved before, Smith said. "The entire anatomical context of the synapses is preserved. You know right where each one is, and what kind it is," he said.

Observed in this manner, the brain's overall complexity is almost beyond belief, said Smith. "One synapse, by itself, is more like a microprocessor -- with both memory-storage and information-processing elements -- than a mere on/off switch. In fact, one synapse may contain on the order of 1,000 molecular-scale switches. A single human brain has more switches than all the computers and routers and Internet connections on Earth," he said.

In the course of the study, whose primary purpose was to showcase the new technique's application to neuroscience, Smith and his colleagues discovered some novel, fine distinctions within a class of synapses previously assumed to be identical. His group is now focused on using array tomography to tease out more such distinctions, which should accelerate neuroscientists' progress in, for example, identifying how many of which subtypes are gained or lost during the learning process, after an experience such as traumatic pain, or in neurodegenerative disorders such as Alzheimer's. With support from the National Institutes of Health, Smith's lab is using array tomography to examine tissue samples from Alzheimer's brains obtained from Stanford and the University of Pennsylvania.

"I anticipate that within a few years, array tomography will have become an important mainline clinical pathology technique, and a drug-research tool," Smith said. He and Micheva are founding a company that is now gathering investor funding for further work along these lines. Stanford's Office of Technology Licensing has obtained one U.S. patent on array tomography and filed for a second.

Les Neuron study was funded by the NIH, the Gatsby Charitable Trust, the Howard Hughes Medical Institute, Stanford's Bio-X program and a gift from Lubert Stryer, MD, the emeritus Mrs. George A. Winzer Professor of Cell Biology in the medical school's Department of Neurobiology. Other Stanford co-authors of the paper were neuroscience graduate student Nicholas Weiler and senior research scientist Nancy O'Rourke, PhD.

Source de l'histoire :

Matériel fourni par Stanford University Medical Center. Original written by Bruce Goldman. Remarque : Le contenu peut être modifié pour le style et la longueur.


Aspects of neural development [ edit | edit source ]

Some landmarks of neural development include the birth and differentiation of neurons from stem cell precursors, the migration of immature neurons from their birthplaces in the embryo to their final positions, outgrowth of axons and dendrites from neurons, guidance of the motile growth cone through the embryo towards postsynaptic partners, the generation of synapses between these axons and their postsynaptic partners, and finally the lifelong changes in synapses, which are thought to underlie learning and memory.

Typically, these neurodevelopmental processes can be broadly divided into two classes: activity-independent mechanisms and activity-dependent mechanisms. Activity-independent mechanisms are generally believed to occur as hardwired processes determined by genetic programs played out within individual neurons. These include differentiation, migration and axon guidance to their initial target areas. These processes are thought of as being independent of neural activity and sensory experience. Once axons reach their target areas, activity-dependent mechanisms come into play. Although synapse formation is an activity-independent event, modification of synapses and synapse elimination requires neural activity.

Developmental neuroscience uses a variety of animal models including mice Mus musculus , the fruit fly Drosophila melanogaster , the zebrafish Danio rerio, Xenopus laevis tadpoles and the worm Caenorhabditis elegans, among others.


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