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Comment le cerveau génère-t-il son horloge interne ?

 
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glevesque
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PostPosted: 29/10/2005 16:30:04
Salut

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Comment le cerveau génère-t-il son horloge interne ?



Selon des scientifiques américains, le cerveau est une véritable "machine temporelle". Et comprendre comment le cerveau gère son temps est essentiel à la compréhension de toutes ses fonctions. Les horloges internes du cerveau coordonnent un vaste champ d'activités comme la communication, la coordination des mouvements ou l'alimentation.

Dans un article de "Nature Reviews Neuroscience" d'octobre 2005, les neurologistes Catalin Buhusi et Warren Meck de l'Université Duke à Durham en Caroline du Nord, décrivent l'état actuel des connaissances sur l'une des plus importantes mais mystérieuses horloges du cerveau, celle qui régit la synchronisation dans une échelle de temps qui s'étend de la seconde à la minute. Cette "synchronisation d'intervalle" occupe un domaine neurologique situé entre deux autres horloges, l'horloge circadienne liée au cycle jour-nuit de 24 heures, et l'horloge à l'échelle de la milliseconde qui contrôle la motricité ou la génération et l'identification de la parole.

La synchronisation d'intervalle est utilisée pour des tâches comme la marche, la manipulation d'objets, le suivi d'une conversation ou la perception des objets dans son environnement.

"Elle nous est utile pour comprendre l'ordre temporel des événements, par exemple lors d'une conversation" explique Meck. "Pour comprendre le discours, le cerveau non seulement doit traiter des intervalles de temps de l'ordre de la milliseconde impliqués dans l'attaque de la voix, mais également appréhender la durée des voyelles et des consonnes. En outre, pour répondre, il doit rythmer la parole, organiser les pensées avec cohérence et répondre de façon opportune. C'est là toute la synchronisation d'intervalle, et en fait il est difficile de trouver un quelconque processus comportemental complexe dans lequel elle ne soit pas impliquée".

Selon lui, le déchiffrement des mécanismes neuraux de telles horloges est sans doute plus fondamental à la compréhension du cerveau que, par exemple, le traitement neural de la position dans l'espace et du mouvement. Pour Buhusi, le temps est plus fondamental que l'espace, parce qu'on peut simplement fermer les yeux et revivre des événements à rebrousse-temps, ou se projeter dans l'avenir pour prévoir quelque chose, sans changer de position dans l'espace.

La compréhension du mécanisme de la synchronisation d'intervalle est très difficile parce qu'il est "amodal", selon les deux scientifiques. Cela signifie que son horloge est indépendante de tout sens, le toucher, la vue, l'audition, le goût ou l'odorat. Ainsi, elle ne peut pas être localisée dans un secteur déterminé du cerveau, comme peut l'être l'horloge circadienne, qui a des entrées claires situées dans la vision et qui déclenche l'émission cyclique des hormones circadiennes (glande pinéale ou épiphyse entre autre avec la sérétonine et la noradrénaline).

"Ce processus doit être distribué puisqu'il est capable intégrer les informations de tous les sens", indique Meck. "Mais surtout, comme il est impliqué dans l'apprentissage et la mémorisation, on pourrait penser que le temps n'est pas directement perçu, et que nous effectuons des discriminations temporelles par rapport à des souvenirs de durées antérieures. Cela rend le mécanisme de la synchronisation d'intervalle plus confus, allant jusqu'à faire douter qu'une horloge interne de la sorte puisse même exister".


Un pacemaker dans le cerveau ?

Dans les années 80 Meck et son équipe avaient proposé une théorie basée sur un modèle de "stimulateur-accumulateur". Quelque part dans le cerveau devait se trouver un stimulateur biologique indépendant qui émettait régulièrement des impulsions de synchronisation neurales, une espèce de "tic-tac". Les recherches plus récentes, menées par Meck et ses collègues de l'université Duke, ont conduit au développement d'un modèle de "détection de coïncidences" des oscillations de l'activité neurale impliquant une zone appelée le striatum. Le striatum est une partie de la structure de cerveau qui commande des fonctions de base du corps humain comme le mouvement.

Dans ce modèle, explique Buhusi, "chaque structure du cerveau contribue à sa propre résonance, et toutes ces oscillations sont surveillées et intégrées par les circuits "striataux". C'est comme un chef qui écoute son orchestre qui se compose de différents musiciens et qui, par le battement de sa baguette, synchronise l'ensemble de sorte que les auditeurs perçoivent une harmonie".

Ainsi, en quelque sorte, c'est le cerveau dans son ensemble qui est une machinerie complexe de synchronisation d'intervalle, dans laquelle les différentes structures occupées par leur propre charge neurale, produisent des résonances qui sont intégrées pour devenir les tops de l'horloge neurale.

Source : Duke University


D'autre Source :

Nous avons tous un GPS dans le cerveau !
Quote:
Des chercheurs du Laboratoire de physiologie de la perception et de l'action (LPPA, CNRS – Collège de France) viennent de caractériser l'implication du cervelet dans la navigation. Dans la revue Nature Neuroscience d'octobre 2005, ils montrent comment cette zone cérébrale corrige en permanence les erreurs entre la trajectoire désirée et celle effectuée.

Se rendre directement de chez soi au travail, retrouver son chemin au milieu d'un méandre de travaux, en un mot naviguer, fait partie du quotidien. Chez les mammifères, ces tâches de navigation sont essentielles à la survie. Le cerveau ressemble à un véritable ordinateur de bord. De précédentes expériences ont montré l'existence de neurones qui sont actifs en fonction du lieu ou de la direction. Comme une carte interne et une boussole, ils lui permettent de se situer dans son environnement.

Eric Burguière, dans l'équipe de Laure Rondi-Reig, s'est intéressé aux différentes composantes de la navigation et notamment à celle qui permet d'optimiser sa trajectoire quand on se déplace d'un point à un autre. Il a choisi d'étudier une zone cérébrale précise, le cervelet, et un de ses mécanismes cellulaires, la LTD (Long Term Depression). Ce mécanisme est déjà connu pour jouer un rôle dans l'apprentissage moteur qui permet par exemple de coordonner ses mouvements. La LTD serait indispensable pour corriger le mouvement à exécuter en fonction des informations externes et internes qui parviennent au cervelet.

A l'image du système de GPS (Global positioning system) de notre voiture ou du pilote automatique d'un avion, le cervelet permettrait de corriger en permanence les erreurs entre la trajectoire désirée et la trajectoire effectuée. Son rôle connu dans l'adaptation et l'automatisation des mouvements semble également nécessaire dans un contexte de navigation. Sachant que celle-ci est une des premières fonctions cérébrales dites cognitives affectées lors du vieillissement ou dans certaines pathologies neurodégénératives, ces recherches apportent un regard nouveau sur les zones cérébrales à explorer pour expliquer l'émergence de ces fonctions complexes.

Quand le cerveau bascule vers la perception consciente
Quote:
Des chercheurs du CEA et de l'Inserm sont parvenus à caractériser les bases neuronales différenciant perception consciente et non consciente. Leur étude est basée sur des expériences d'enregistrement par électroencéphalographie (EEG) des activités cérébrales associées à des stimuli visuels qui, pour une même personne, sont parfois perçus et parfois non perçus consciemment. Leurs résultats font l'objet d'une publication dans la revue Nature Neuroscience du mois d'octobre.

Les stimuli correspondaient à une série d'images dans laquelle deux mots étaient présentés à moins d'une demi-seconde d'intervalle. Les volontaires devaient signifier s'ils avaient vu les mots. Dans ce type d'expérience, le deuxième mot n'est pas systématiquement perçu, ce qui a fourni à cette équipe les conditions idéales pour analyser les chaînes neuronales empruntées et les différences entre traitement conscient et non-conscient. C'est notamment la précision temporelle de la technique d'électroencéphalographie qui leur a permis de déterminer le moment où les deux types de perception se différencient.

Il est apparu que les voies neuronales empruntées étaient les mêmes pendant les premiers instants du traitement de l'information. En revanche, les chercheurs ont pu observer, 270 millisecondes après la présentation du deuxième mot, une première différence d'activation entre les mots perçus et les mots non perçus. A partir de 300 millisecondes, ils ont constaté une série d'activations qui n'étaient présentes que pour les mots perçus. Les chaînes de traitement conscient et non conscient semblent donc diverger très rapidement après 270 millisecondes. Les chercheurs ont également mis en évidence que la perception consciente du deuxième mot dépendait de la vitesse à laquelle était traité le premier: plus le premier mot est traité lentement, plus il est probable que le deuxième ne soit pas perçu. Autrement dit, l'absence de perception du deuxième mot tient au fait que les ressources neuronales nécessaires à la perception consciente sont occupées à traiter l'information précédente, empêchant ainsi l'accès du deuxième mot à ces ressources.

La perception consciente correspondrait donc à une activation tardive (après 270ms) et optionnelle qui se propage rapidement au sein d'un réseau d'aires cérébrales situées dans le lobe frontal et le lobe pariétal. A long terme, la caractérisation des mécanismes neuronaux de la conscience pourrait permettre de mieux comprendre et traiter un certain nombre de pathologies qui semblent associées à un déficit des processus conscients, comme la schizophrénie.

Le cerveau humain est encore en cours d'évolution
Quote:
La taille et la complexité du cerveau humain nous différencient des autres créatures vivantes. Une étude publiée dans la revue Science suggère que l'évolution de notre matière grise est toujours en cours.

Les recherches de Bruce T. Lahn de l'Université de Chicago se sont concentrées sur deux gènes appelés microcéphaline et ASPM. Lorsque ces gènes fonctionnent mal, il en résulte une microcéphalie primaire, par laquelle la taille du cerveau est sévèrement diminuée. Des études antérieures avaient montré que ces gènes ont subi une évolution accélérée après que les lignées des chimpanzés et des humains aient divergé, laissant entendre qu'ils jouaient un rôle dans la taille impressionnante de notre cerveau.

L'équipe de Lahn a analysé les gènes d'un groupe d'une centaine de personnes ethniquement différentes et provenant du monde entier. Ils ont découvert que pour ces deux gènes, des variantes apparaissaient beaucoup plus fréquemment que les probabilités ne le prévoyaient, suggérant en cela que la sélection naturelle était au travail. La variante du gène microcéphaline est survenue il y a environ 37.000 ans, celle de l'ASPM il y a 5.800 ans selon les chercheurs.

Localiser exactement où ces changements ont surgi et comment ils se sont étendus parmi la population demeure peu clair. "Ce que nous pouvons dire est que nos résultats fournissent la preuve que le cerveau humain, l'organe le plus important qui distingue notre espèce, est en évolution constante", remarque Lahn. "Ces deux gènes de la microcéphalie mettent en évidence la sélection dans l'histoire évolutionnaire de l'espèce humaine et la continuité actuelle de cette sélection chez l'homme". Lahn pense que si les humains sont toujours présents dans un million d'années, il est probable que leurs cerveaux présentent des différences structurales significatives avec ceux d'aujourd'hui.

Les chercheurs précisent toutefois que les résultats à propos de deux gènes ne révèlent pas l'histoire entière. Beaucoup d'autres gènes non encore identifiés pourraient influencer la taille et le développement du cerveau, selon Lahn, et des recherches à venir pourraient expliquer comment la sélection naturelle les a également affectés.

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durnier
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PostPosted: 31/10/2005 21:02:57
c'est marrant, je me posais justement la question ces derniers temps sur l'horloge biologique; je me reveille tjs très peu de temps avant que mon reveil ne sonne (quelques secondes à 2 minutes avant la sonnerie du reveil). Il suffit juste de me dire, "demain je me réveille à telle heure" et ça fonctionne! Laughing Etonnant le cerveau humain...

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sumer
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PostPosted: 31/10/2005 23:03:00
Étonnant oui, même spectaculaire aussi, car c'est une vraie petite merveille qu'est le cerveau. Comment il traite les données c'est époustouflant et très complexe. Les neurochirurgiens, je leur lêve mon chapeau, et ce, depuis que j'ai vu à la télé un spécialiste en cette matière opérer le cerveau d'un patient qui avait une tumeur de la grosseur d'une balle. Shocked Quelle finesse et minutie qu'il avait cet médecin. Le patient était gelé et non endormi et lorsque le chirurgien avec ses divers outils lui demandait, pour minimiser les coups et les erreurs lors de l'opération, en manipulant tel endroit dans son cerveau, si ça lui fesait une telle douleur dans son corps. Bon là revenons de façon plus appropriée au contenu des textes émis par Glevesque.

Quote:
Une étude publiée dans la revue Science suggère que l'évolution de notre matière grise est toujours en cours


Quote:
La variante du gène microcéphaline est survenue il y a environ 37.000 ans, celle de l'ASPM il y a 5.800 ans selon les chercheurs.


Quote:
Lahn pense que si les humains sont toujours présents dans un million d'années, il est probable que leurs cerveaux présentent des différences structurales significatives avec ceux d'aujourd'hui.


Rolling Eyes Trois petites phrases qui ont su attirer mon attention, Idea tiens microcéphaline un mot à retenir.

Mais ce que Lahn et ses collègues apportent de neuf ici, c'est la date extrêmement récente où ils situent les toutes dernières mutations de ces deux gènes. Les chercheurs ont comparé pour cela les séquences génétiques de 90 individus des quatre coins du monde. Compte tenu de la fréquence étonnamment élevée à laquelle ces allèles apparaissent, ils en déduisent —sur la base de ce que nous connaissons des mutations, mais ils ne peuvent en apporter de preuve concrète— que l'un des deux gènes (microcéphaline) est apparu il y a 37 000 ans et que l'autre (ASPM) a surgi il y a 5800 ans. Soit juste au début de l'époque dite historique. Le jeune âge de ce dernier, et le fait qu'il se soit pourtant répandu extrêmement vite chez au moins 30% d'entre nous, suggère qu'il confère ce que les biologistes appellent un avantage évolutif.

http://www.cyberpresse.ca/technosciences


Ce gène est apparu il y a de cela 5800 ans. Humm quelles sont les découvertes que l'on a fait sur l'homme d'ici ce temps là. 5800 ans les Sumériens Very Happy, qui, semblent-ils furent, le premier peuple sur Terre à inventer l'écriture. Dans les régions entre le Tigre et L'Euphrate (Mésopotamie) plus précisément sur le rivage oriental de la Méditerranée. Wink
http://www-obs.univ-lyon1.fr/~ga/hom_ciel/homciel.html


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glevesque
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PostPosted: 01/11/2005 17:15:47
Merci pour l'info Sumer

Je vais aller cherché plus de détaille sur ses gènes consernant leurs aspect évolutif !

Merci encore une fois !

Gilles
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Manatane
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PostPosted: 01/11/2005 17:25:56
Peut-être que les battements du coeur ont un rôle à jouer dans notre horloge biologique? Y-a-t'il déjà eu des expériences pour voir si il y a une relation entre vitesse des battements et perception du temps??

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glevesque
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PostPosted: 01/11/2005 17:34:51
Manatane wrote:
Peut-être que les battements du coeur ont un rôle à jouer dans notre horloge biologique? Y-a-t'il déjà eu des expériences pour voir si il y a une relation entre vitesse des battements et perception du temps??
Salut Manatane

Pour ce que j'en connais, il semblerait que le controle et la syncronisation des batament du coeur, seraient effectuées à partire des muscles cardiacles eux-même et assisté quelque peut par un petit groupe (amas nucléaire ou petit ganglion) de neurone situé dans le tron (ou protubérance bulbaire) cérébrale et ayant la noradrénaline comme NT (NeuroTransméteur).

Gilles
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sumer
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PostPosted: 02/11/2005 00:05:06
Exclamation Serais-ce dû à la nutrition Question

ASPM et acides aminés jouent un rôle déterminant dans le processus de cette mutation encéphalienne.

Mais qu'est ce que ASPM, voici d'où vient ce terme:
Quote:
ASPM est un gène humain (lieu 1q31) lié à primaire récessif autosomal microcephaly.
Le gène d'ASPM est l'ortholog humain du gène "d'axe anormal" de melanogaster de drosophile (asp).
Le gène Aspm de souris est exprimé en emplacements primaires de neurogenesis cortical cérébral prénatal. La différence entre Aspm et ASPM est un codage simple et grand d'insertion pour de prétendus domaines de Q.I.. Ici les lettres I et Q se rapportent à des acides aminés (isoleucine et glutamine)....

http://www.yotor.com/wiki/fr/as/ASPM.htm


Bon pour en savoir davantage à ce sujet voici les 10 groupes d'acides aminés dont le corps hmain à de besoin :

le tryptophane,
la lysine,
la méthionine,
la phénylalanine,
la thréonine,
la valine,
la leucine,
l'isoleucine

et
l'histidine
l'arginine
qui ne sont qu'essentiel au départ de la vie dont comme celui d'une jeune bambin.

http://fr.wikipedia.org/wiki/Acide_amin%C3%A9_essentiel

Ceci dit c'est possiblement cela qui nous rendraient différents des chimpanzés.

Ces 1,4 % qui nous séparent des chimpanzés !

En effet, l’ancêtre des chimpanzés et de l’homme n’est pas un chimpanzé ! Il serait donc intéressant dans ce contexte d’étudier les gènes montrant une pression de sélection positive pour identifier les caractéristiques propres aux chimpanzés depuis leur séparation d’avec la lignée humaine, et non pas seulement la condition ancestrale.
http://www.erudit.org/revue/ms/2004/v20/n10/009330ar.html


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PostPosted: 14/11/2019 15:34:53
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