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lundi, 23 novembre 2020
La synapse chimique : une idée qui a pris du temps à s’imposer

Le physicien Étienne Klein dit souvent que ce qui importe encore plus que ce que l’on sait, c’est de comprendre comment on a su ce que l’on sait ! Il rappelle ainsi l’importance de faire de l’histoire des sciences pour montrer à quel point nos connaissances actuelles se sont souvent constituées à la suite de nombreuses expériences dans le débat et la controverse. Il en est ainsi de la synapse et des neurotransmetteurs, deux mots aussi communs que table et chaise pour les habitué.es de ce site ou toute personne qui s’intéresse un tant soit peu au fonctionnement de son système nerveux. Pourtant leur mise en évidence ne s’est pas faite du jour au lendemain et a suscité des affrontements épiques entre certains scientifiques. Retour sur cette période importante pour les neurosciences qu’est le milieu du XXe siècle.

Car si le concept de synapse, outre le fait qu’il a rapport aux connexions entre les neurones, reste flou dans votre tête, vous pouvez vous rassurer en vous disant que c’était le cas d’à peu près tous les scientifiques de la première moitié du XXe siècle ! À partir du moment où le physiologiste anglais Charles Scott Sherrington a introduit le mot synapse en 1897, il y a eu un débat de près d’un demi-siècle sur la manière dont l’influx nerveux pouvait passer d’un neurone à un autre.

Parce cette controverse était en lien direct avec l’autre sur la nature du tissu nerveux dont j’ai déjà parlé ici et . Ramon y Cajal avait ainsi amené de plus en plus d’évidence à l’effet que notre tissu nerveux n’était pas un continuum de fibres nerveuses mais était plutôt fait de neurones isolés. Et si l’opinion basculait progressivement vers cette conception de cellules nerveuses isolées, cela générait cependant un problème de taille. Car avec ce petit espace entre les neurones que personne n’était encore capable de visualiser à l’époque, mais qui devait exister selon Cajal et Sherrington, on se demandait comment l’influx nerveux pouvait alors « sauter » d’un neurone à l’autre.

Parce qu’avec l’ancienne vision, il n’y avait pas ce problème-là. On imaginait simplement que l’influx nerveux se propageait en continu d’une région à l’autre du réseau nerveux. Mais Sherrington croyait à son modèle encore purement théorique de la synapse parce qu’il avait entre autre déduit de ses travaux sur nos différents réflexes que la réponse motrice n’était pas aussi rapide qu’elle aurait dû l’être si la conduction nerveuse n’avait été que purement électrique. Et ce petit délai était explicable par ce qui se passait probablement au niveau de la synapse…

Pour comprendre comment on a découvert le pot aux roses, il faut remonter au début des années 1900 alors que différentes expériences suggèrent que des molécules comme l’adrénaline ou l’acétylcholine peuvent produire le même effet que la stimulation de nerfs. D’où l’idée mise de l’avant en particulier par le britannique Henry Dale que ces molécules étaient peut-être relâchées naturellement au bout des axones pour produire cet effet dans le corps.

Mais il fallut attendre jusqu’en 1921 pour qu’une expérience de l’Allemand Otto Loewi, paraît-il imaginée dans un rêve, viennent confirmer la chose. Loewi a isolé deux cœurs de grenouille qu’il a mis dans du liquide physiologique, ce qui permet aux cœurs de continuer à battre. Il a stimulé le premier par le nerf vague qu’il avait conservé, et les battements du cœur ont ralenti, comme on le savait à l’époque. Mais la bonne idée de Loewi a été de prendre le liquide physiologique dans lequel baignait ce cœur et de le verser dans celui qui contenait l’autre cœur. Et comme il l’avait imaginé, le deuxième cœur a ralenti aussi, indiquant que c’était une molécule diffusible qui produisait ultimement cet effet. Et le contraire marchait aussi d’ailleurs: après avoir stimulé les fibres nerveuses sympathiques du premier cœur et versé son liquide physiologique sur le second, celui-ci se mettait à battre plus vite.

Quelques années plus tard, Dale démontrait que ce qu’on appelait alors des médiateurs chimiques étaient sécrétés à toutes les synapses du système nerveux périphérique. Et il réussit à identifier l’acétylcholine comme la substance chimique qui était relâchée à la jonction neuromusculaire pour faire bouger nos muscles. Ces travaux ont valu à Dale et Loewi le prix Nobel de physiologie ou médecine de 1936. Mais la controverse ne s’est pas terminée pour autant…

Entre alors en scène un autre personnage important de cette histoire, le neurophysiologiste australien John Eccles. Pour lui, il est très difficile de concilier la diffusion de molécules dans l’espace entre deux neurones et la grande rapidité de la transmission nerveuse qu’il avait pu apprécier grâce aux nouveaux oscillographes cathodiques dont il disposait à partir de 1935. Et pendant près de 20 ans, Eccles se fit donc l’un des plus ardents pourfendeurs de la théorie chimique de la transmission synaptique.

Eccles se faisait toutefois un devoir de concevoir ses expériences de manière à ce qu’elles puissent, si c’était le cas, réfuter ses hypothèses, comme le préconisait le philosophe des sciences Karl Popper duquel il était proche. Cette intégrité scientifique allait mener un revirement spectaculaire dans la carrière de Eccles. En août 1951, il démontre lui-même que la baisse de potentiel de membrane qu’il enregistre avec ses microélectrodes ne pouvait pas être induite électriquement. Par conséquent, seules des médiateurs chimiques, qu’on allait bientôt appeler neurotransmetteurs (des neurotransmetteurs inhibiteurs dans ce cas-ci), pouvaient provoquer les « hyperpolarisations » observées dans certains neurones.

Lors d’une réunion de la Physiological Society de Londres en 1951, Eccles admit, à la surprise générale, qu’il avait acquis la conviction, suite à ses récentes expériences, que c’est son grand rival Henry Dale qui avait raison : la transmission nerveuse impliquait une étape chimique au niveau de la synapse ! Cela demeure un exemple souvent cité de ce que doit être une démarche scientifique bien menée, et l’ouverture à la remise en question qu’elle nécessite constamment. D’ailleurs Eccles a obtenu conjointement le prix Nobel de physiologie ou de médecine en 1963 avec Hodgkin et Huxley. Dans les années 1950, bien d’autres scientifiques vont s’intéresser à la transmission synaptique. On en reparlera la semaine prochaine.

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lundi, 11 novembre 2019
De l’origine de la communication neuronale aux ordinateurs fabriqués par des cerveaux humains

La troisième séance du cours  «Notre cerveau à tous les niveaux» que j’ai le plaisir de donner en collaboration avec l’UPop Montréal aura lieu ce mercredi 13 novembre à 19h au café Les Oubliettes. Intitulé intitulée « L’humain découvre la grammaire de base de son système nerveux », j’en ai présenté les grandes lignes ici la semaine dernière. Comme je l’avais expliqué dans le billet qui présentait ce projet, je voudrais cette semaine m’attarder sur certains aspects plus spécifiques de cette séance qui nous amèneront à parler des différences entre le cerveau et l’ordinateur, question que l’on abordera après la pause mercredi, donc après la première heure durant laquelle nous aurons présenté la grammaire de base de la communication entre nos neurones. (suite…)

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mardi, 5 novembre 2019
L’humain découvre la grammaire de base de son système nerveux

On poursuit cette semaine cette série de billets de blog automnaux en lien avec le cours «Notre cerveau à tous les niveaux» donné en collaboration avec l’UPop Montréal au café Les Oubliettes. Comme je le fais pour chaque séance, j’ai mis le pdf du Power Point de la séance d’il y a deux semaines au bas de la page L’école des profs de mon site ou directement en suivant ce lien. Pour le Facebook Live de cette deuxième séance elle demeure disponible pour visionnement ici. Et comme je l’ai expliqué dans un billet antérieur, je vais soulever aujourd’hui quelques questions générales qui seront abordées mercredi le 13 novembre prochain lors de notre troisième séance intitulée « L’humain découvre la grammaire de base de son système nerveux ». (suite…)

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mardi, 27 février 2018
Les traces neuronales de nos souvenirs conceptuels

Quelle est la trace matérielle de nos souvenirs dans notre cerveau ? Voilà une question qui a fait couler beaucoup d’encre. La réponse dépend du niveau d’organisation que l’on considère. Par exemple, nos connexions nerveuses (ou synapses) sont extrêmement plastiques et dynamiques, il n’y a plus de doute là-dessus. Les travaux de Cirelli et Tononi sur le sommeil ont par exemple montré que durant la journée, nos diverses interactions avec le monde font augmenter non seulement le nombre de récepteurs au glutamate dans les synapses excitatrices du cortex, mais que la surface même du bout de l’axone et de l’épine dendritique qui se font face (mais sans se toucher) augmenterait d’environ 20%. Et l’inverse se produirait durant la nuit, c’est-à-dire une diminution d’environ 20% de la surface synaptique chez pratiquement toutes nos synapses (sauf peut-être celles des souvenirs marquants de la journée qui, elles, ne diminueraient pas, mais ce n’est pas le sujet d’aujourd’hui… plutôt celui d’un épisode récent de Sur les épaules de Darwin).

Car ce dont je voudrais vous parler dans ce billet, c’est de deux théories un peu rivales qui coexistent depuis plusieurs années en ce qui concerne la trace mnésique à un niveau plus élevé que celui de la synapse, celui de l’assemblée de neurones, pour reprendre l’expression consacrée de Donald Hebb. (suite…)

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lundi, 23 janvier 2017
Métaphores sur le cerveau et sa complexité

Comme je l’écrivais la semaine dernière, mon gagne-pain consiste, depuis l’arrêt du financement de ce site, à tenter d’expliquer la complexité du cerveau à de véritables cerveaux réunis devant moi… Mais j’ai beau rappeler constamment que l’on a tous, entre les deux oreilles, un exemplaire unique de l’objet le plus complexe de l’univers connu, cela ne rend pas pour autant tangible ce qu’est cette fameuse complexité. Il faut donc que je me creuse les synapses pour trouver des analogies susceptibles de rendre le vertige inhérent aux combinatoires astronomiques de nos connexions nerveuses. (suite…)

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