LEXIQUE de mots concernant la biologie

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Émergence : Cela désigne un phénomène particulier d'apparition de nouvelles propriétés au sein d'un système. Une propriété est dite "émergente" lorsqu'elle n'existe que dans la totalité du système fonctionnant et qu'elle ne peut être réduite aux éléments qui composent ce système, ni avoir d'existence en dehors d'eux.

Interaction (psychobiologie) : Influence réciproque de plusieurs entités (forces, objets, personnes, ...). Au sein d'un système, l'interaction entre différents éléments serait un des facteurs majeurs qui expliqueraient l'émergence de nouvelles propriétés.

Organisation n.f., ou Organisé adj. (psychobiologie) : Façon dont un ensemble est constitué en vue de son fonctionnement. Il est supposé que c'est l'organisation de la structure qui serait le facteur déterminant responsable de l'émergence d'une fonction bien particulière. Les mêmes éléments, mais organisés de manière différente, produiraient l'émergence d'une autre fonction.

Processus (psychobiologie) : Au sens large, un processus correspond à un enchaînement organisé et ordonné de faits ou de phénomènes actifs, répondant à un certain schéma et aboutissant à un résultat déterminé. Au sens restreint, psychobiologique, un processus correspondrait à un phénomène biologique, généralement complexe. Il mettrait en jeu de nombreux éléments moléculaires, cellulaires et/ou de l'organisme. Il serait nécessaire de faire appel à des notions de temps, d'interactions et d'émergence afin d'expliciter son fonctionnement. Au contraire d'un mécanisme, l'activité d'un processus ne pourrait être expliquée par la simple description des éléments matériels en interaction.

Temps n.m., ou Temporel adj. : Le facteur temporel serait un des facteurs majeurs du développement de la dynamique et des comportements.


Caractéristiques structuro-fonctionnelles du système nerveux
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Les caractéristiques structuro-fonctionnelles (ou facteurs d'émergence) qui rendraient compte de la dynamique particulière du système nerveux seraient :

  1. L'auto-organisation
  2. La plasticité cérébrale
  3. L'existence de "modules fonctionnels" "précablés"
  4. La COMBINAISON de "modules fonctionnels" "précablés"
  5. L'existence de structures "nodales"
  6. L'autorégulation
  7. La dynamique fonctionnelledistal/globale proximal/local
  8. L'existence d'un "cœur" fonctionnel
  9. L'influence du facteur temporel
  10. L'influence du milieu
  11. La "rétroaction fonctionnelle"
  12. Les processus dits "émotionnels" & "cognitifs"
  13. La capacité d'apprentissage

b - Plasticité cérébrale



Organisation du neocortex


La structure cérébrale, et tout particulièrement le néocortex, peut se modifier sous l'influence des stimuli de l'environnement ou de l'activité endogène. Le système nerveux central n'est pas une structure figée.
C'est l'activité cérébrale qui est la cause principale de la modification de la structure nerveuse. La modification structurelle est intrinsèque et concomitante à l'activité fonctionnelle. Cette dernière est ainsi, par voie de conséquence, également modifiée. Cette cyclicité des modifications est spécifique de la dynamique neurale.
Mais cette modification de la structure nerveuse n'est ni aléatoire, ni illimitée. La macrostructure cérébrale n'est pas modifiée (stabilité des noyaux, des faisceaux de projection, des aires néocorticales, ...). Les modifications n'interviennent qu'au niveau microstructurel et sont spécifiques (modification des synapses, de la force des synapses, diminution ou augmentation du nombre de récepteurs, ...).
La plasticité cérébrale est le facteur d'émergence de nombreuses propriétés cérébrales, dont l'apprentissage et la mémoire.


c - "Modules fonctionnels" "précablés"

Il semblerait exister au sein du système nerveux central de nombreuses structures précablées, d'organisation simple, apparaissant précocement au cours du développement et étant fonctionnellement relativement autonomes.
Le terme "précablé" fait référence à des connexions synaptiques préétablies au cours de l'ontogenèse (ou du moins qui se stabiliseraient avant la naissance).
Au plan fonctionnel, ces connexions préétablies permettent l'exécution des actes réflexes, actions stéréotypées mais ne nécessitant aucun apprentissage préalable.
Chaque acte réflexe dépendrait d'un "module fonctionnel" "précablé".
Au plan développemental, ces structures joueraient un rôle déterminant dans le développement et la dynamique fonctionnel du système nerveux central, en particulier dans l'émergence de certains processus neuraux homéostatiques et de certains comportements simples.




Connexions synaptiques

d - COMBINAISON de "modules fonctionnels" "précablées"
La COMBINAISON et la COORDINATION spatiale et temporelle de différents "modules fonctionnels" "précablés" permettraient l'émergence de nouveaux processus et comportements simples : poursuite oculaire, marche, orientation, éjaculation, coordination visuo-motrice, ...
Comme exemple de comportement basé sur des COMBINAISON de "structures précablées", on peut citer le comportement moteur, qui se construit sur des réflexes initiaux (réflexes archaïques, réflexes du tonus moteurs, réflexes labyrinthiques, ...) progressivement associés et coordonnés entre-eux.


e - Structures "Nodales"
D'après les données de la neuroanatomie, on observe que les connexions entre les neurones ou les groupes de neurones ("modules fonctionnels") sont très diverses. Certaines structures reçoivent et émettent beaucoup de projections, d'autres en émettent beaucoup et en reçoivent peu, etc. Les connexions peuvent provenir de l'ensemble du système nerveux ou être limitées à certaines régions, etc. On observe que quasiment chaque structure neurale a un pattern de connexion qui lui est propre.
Il semblerait que cette organisation particulière des interconnexions puisse être, pour certaines structures, à l'origine de fonctions bien spécifiques.
Ces interconnexions particulières détermineraient, dans certains cas, des architectures spécifiques de réseaux, qui ainsi sous-tendraient, au plan fonctionnel, des modes d'activation caractéristiques. Il est proposé d'appeler ces structures "structures nodales" en référence au latin nodus, nœud, qui signifie "endroit où se croisent plusieurs voies de communication" et "ce qui constitue le point essentiel".
Lorsque ces structures nodales seraient activées, elles feraient basculer le fonctionnement (ou la dynamique) du système nerveux central dans un certain mode, engendrant des processus et des comportements bien précis.
Exprimer différemment, par rapport à une fonction sous-tendue par un réseau de structures, la structure nodale serait celle qui, de par sa position et ses connexions spécifiques dans le réseau, serait impliquée de façon principale dans l'émergence de cette fonction.
 Comme exemple de structure clé d'un réseau fonctionnel on peut citer les colliculi supérieurs, qui seraient la structure nodale du processus d'orientation.

Remarques :
Les structures nodales n'apparaissent qu'à partir d'un certain niveau de complexité (il faut en effet qu'il existe une possibilité d'interconnexion de plusieurs modules ou réseaux de modules).
Le concept de "structure nodale" serait plutôt spécifique des structures sous-corticales (à l'exclusion des structures myélencéphaliques et médullaires). Concernant l'architecture des réseaux de neurones néocorticaux, le manque actuel de connaissances détaillées sur l'organisation des interconnexions au sein des réseaux ne permet pas de savoir si le concept d'"aire ou de réseau nodal" serait également pertinent pour rendre compte des processus néocorticaux.
Néanmoins, certaines régions corticales, telles les aires 10 préfrontale, 40 pariétale et 23 cingulaire, qui sont actives lors de nombreuses tâches cognitives différentes, sembleraient être des "aires nodales".


f - Autorégulation
Le traitement de l'information serait auto-régulé. Il n'existerait pas de structure ou de région "centrale" ou "supervisatrice", dirigeant et contrôlant le système nerveux.
Les structures neurales auraient une activité relativement autonome, autorégulée par leurs afférences réciproques inhibitrices ou activatrices, et modulées par le milieu neurohumoral (tout particulièrement pour les régions médullaires et du tronc cérébral).
La régulation de l'activité de ces structures ne dépendrait pas d'une structure centralisatrice, mais de l'autorégulation dynamique induite par l'interdépendance fonctionnelle des différentes structures en interaction.
Remarques
On pourrait éventuellement envisager que les structures dites "nodales", en raison de leurs connexions "carrefours" avec les autres structures, aient un rôle régulateur.
Au niveau fonctionnel, l'auto-régulation de l'activité électrophysiologique du traitement de l'information se traduirait par un "équilibre fonctionnel dynamique".


g - Dynamique fonctionnelle distal/global proximal/local
Il semblerait qu'une des caractéristiques de la dynamique fonctionnelle du système nerveux soit un contrôle "distal/global proximal/local" de l'activité neurale.
Par exemple un mouvement de préhension d'un objet nécessite un contrôle de nombreux muscles situés dans le membre antérieur. Ce mouvement peut être décomposé en actes moteurs élémentaires : mouvement du coude, du poignet, des doigts, contrôle du tonus musculaire, de la pression de préhension, etc. Chaque acte élémentaire est contrôlé par une boucle réflexe médullaire (le tonus musculaire par les fibres intrafusales du fuseau neuromusculaire, la contraction/décontraction des muscles antagonistes par des interneurones médullaires, etc.). La coordination de ces actes élémentaires est assurée par des structures plus complexes (noyaux réticulaires, noyau rouge, etc.), le contrôle volontaire par des structures encore plus complexes (Noyaux striées, aire motrice supplémentaire, etc).
En situant une origine au niveau des neurones sensoriels et moteurs (niveau d'organisation I), les mécanismes médullaires réflexes sont des mécanismes proximaux contrôlant les actes élémentaires locaux et les processus mésencéphaliques ou télencéphaliques (niveaux d'organisation II à V) sont des processus distaux coordonnant des mouvements globaux.
On pourrait ainsi définir un axe proximal-distal ayant comme origine les interconnexions réflexes ("modules fonctionnels") et comme fin les structures télencéphaliques. Il semblerait que la majorité des actions et réactions du système nerveux correspondent à un ensemble d'actes élémentaires (actes proximaux ayant un effet uniquement local) coordonnés par des structures éloignées de plusieurs synapses (coordination distale ayant un effet plus global).
Les structures neurales les plus complexes auraient ainsi des effets excitateur ou inhibiteur, facilitateur ou modulateur sur ces ensembles coordonnés de "modules fonctionnels" "précablés", produisant ainsi des comportements plus élaborés et adaptés.
 Remarques
Quel que soit le niveau de complexité du comportement en cours, les "modules fonctionnels" les plus simples (niveaux I et II) assurent constamment un rôle fonctionnel basal et fondamental. Les structures neurales les plus complexes (niveaux III à V) produiraient des fonctions plus élaborées, entre autres, par la mise en jeu coordonnée et organisée des "modules fonctionnels" de base.
Les "modules fonctionnels" "précablés" (niveau II) assurent les fonctions basiques et vitales de l'organisme. Les structures neurales plus complexes (niveau III à V) assurent des fonctions plus élaborées, qui, sans être vitales, permettraient une plus grande adaptabilité aux contraintes de l'environnement. Ces structures peuvent être supprimées (expérimentalement ou en changeant de lignée phylogénétique) sans compromettre la survie de l'organisme.


h - "Cœur" fonctionnel
La structure générale du système nerveux mammalien serait fondamentale pour comprendre à la fois la dynamique des processus neuraux, tant émotionnels que cognitifs, et celle des différents comportements.
Il semblerait que le système nerveux soit globalement similaire, tant dans un aspect structurel que fonctionnel, chez toutes les espèces de mammifères.



Système limbique

Le "cœur" fonctionnel du système nerveux mammalien, tant pour les grands processus physiologiques que pour les comportements de base, serait constitué par les structures dites "limbiques".
L'important développement du néocortex chez les primates n'aurait pas modifié le fonctionnement global du système nerveux mammalien. Les fonctions prises en charge par le néocortex seraient devenus plus complexes et élaborées, mais la dynamique cérébrale générale, les processus neuraux de base ainsi que les aspects fondamentaux des comportements seraient restés similaires.
La prédominance fonctionnelle des structures limbiques chez l'homme proviendrait, dans cette analyse phylogénétique, de l'architecture générale du système nerveux mammalien où ces structures en constituent le "cœur" fonctionnel.


i - Facteurs temporel

De manière indirecte, le facteur TEMPS est également un facteur d'émergence des propriétés neurales.
Au cours du temps, en raison du développement cérébral, de l'interaction avec l'environnement et de l'accumulation de connaissances et d'expériences personnelles, le système nerveux évolue de façon quasi irréversible vers des états plus élaborés et toujours différents.
Un même stimulus, un même événement provoquera des réactions et des évolutions différentes suivant l'époque à laquelle il survient.
En plus de la connaissance structuro-fonctionnelle du système nerveux, la connaissance du passé et du vécu d'une personne semble être nécessaire à la compréhension de sa dynamique tant comportementale, émotionnelle et cognitive que psychique.


j - Influence du milieu

De manière très générale, il semblerait que le milieu ait une influence important dans le développement du système nerveux, tant dans les aspects émotionnels ou cognitifs que comportementaux.
L'environnement induirait une "structuration" et une "instruction" fonctionnelle des processus cérébraux.
On observe que les stimuli sensoriels provoqués par l'environnement ont un effet "instructif" sur le développement fonctionnel du néocortex.
Par exemple, la modification expérimentale par neurochirurgie des projections sensorielles induit une réorganisation fonctionnelle du néocortex. Des projections visuelles déroutées vers l'aire auditive induisent la modification du pattern fonctionnel électrophysiologique "auditif" en "visuel".
Par ailleurs, il semblerait que tout contexte ou phénomène distinct et présentant des régularités bien caractérisées exerce une influence structurante sur la dynamique fonctionnelle du système nerveux, et tout particulièrement pour les traitements cognitifs.
Par exemple, la régularité des phénomènes géoclimatiques serait un des facteurs du développement des processus d'anticipation et de planification.

k - Rétroaction fonctionnelle
 Définition de la rétroaction fonctionnelle
La "rétroaction fonctionnelle" correspondrait à l'effet en retour produit sur la dynamique cérébrale par une activité elle même produite par le système nerveux.

Un exemple type de rétroaction fonctionnelle serait les processus dits "émotionnels".

l - Les processus dits "émotionnels" & "cognitifs"

  • a - Processus dits "émotionnels"
Les émotions semblent être des processus structurels, liés à l'architecture spécifique du système nerveux et elles existent chez tous les êtres humains, indépendamment de leur sexe, âge ou culture.
Les processus émotionnels seraient générés aux niveaux des structures dites "limbiques". L'activation de ces structures provoquerait des modifications périphériques de l'état du corps qui seraient perçus au niveau de la conscience, produisant ainsi une sensation émotionnelle.
Parmi l'ensemble des processus cérébraux, les caractéristiques des émotions seraient d'être des processus prioritaires, automatiques et non volontaires, inducteur de comportements peu élaborés et d'adaptation approximative au contexte environnemental.

Émotions & dynamique psychique

D'après de nombreuses données neurobiologiques et cliniques, il semblerait que les processus dits "émotionnels" auraient un rôle crucial dans la dynamique psychique de l'être humain, pour les raisons suivantes :

  1. Les émotions sont structurelles, elles sont intrinsèquement liées à la dynamique fonctionnelle du système nerveux central :
    • Elles ont un rôle important et incontournable : elles interviennent dans l'élaboration de l'état affectif et des comportements, modifient et/ou perturbent les facultés cognitives et influencent l'état de santé
    • Il est impossible de les supprimer ou de les modifier (il est uniquement possible de moduler les émotions existantes).
  2. Les émotions sont le plus souvent difficiles à contrôler, car les processus émotionnels sont :
    • Automatiques.
    • Involontaires.
    • Rapidement variables.
      • "Contagieux".
  3. De nombreux facteurs induisent des émotions :
    • Facteurs internes :
      • Processus physiologiques.
      • Processus cognitifs.
      • Carences des besoins psychiques(~ besoins affectifs).
      • Pathologie ou traumatisme du SNC.
    • Facteurs externes :
      • Agression.
      • Facteurs accidentels divers.
  4. Les émotions interviennent constamment, dans tous les groupes sociaux et chez toutes les personnes, en toutes circonstances :
    • Au niveau individuel, le vécu émotionnel intense perturberait :
      • La relation à soi.
      • La relation aux autres (et donc, subséquemment, la socialisation).
      • La relation au monde.
    • Au niveau social, le vécu émotionnel intense perturberait :
      • Par phénomène de "contagion", l'état affectif des personnes du groupe.
      • La dynamique du groupe (et donc, subséquemment, l'état affectif de chaque personne et les activités du collectif).
 Émotions & pathologie

Les émotions jouent un rôle majeur dans la variation de l'état psychique. Le vécu chronique et intense d'émotions, en général négatives, produit chez le sujet des états de "souffrance psychique", voire de psychopathologie, qui altèrent sa capacité de relation au monde.


  • b - Processus dits "cognitifs" (disponible prochainement)

m - Apprentissage

  • Questions ouvertes
    • Qu'est que l'apprentissage ?
    • L'apprentissage est-il distinct de la mémoire ?
    • Existe-t-il des processus de mémorisation lors d'un apprentissage ?
    • L'apprentissage est-il un processus distinct et actif ou bien n'est-il que la résultante indirecte d'autres processus ?
  • Problématique centrale
    • L'apprentissage serait un processus distinct des processus de neuromodulation ou de neuroplasticité. Dans une culture de neurone en boîte de Pétri, la modification des propriétés électrophysiologiques, la modification du type ou de la quantité de neuromédiateur libéré, ou encore la modification de la morphologie du corps cellulaire, des dendrites ou des axones ne provoquent aucun phénomène de "mémoire" ou d'"apprentissage".
    • L'apprentissage serait également un processus distinct de la mémoire.
    • L'apprentissage correspondrait à toute modification stable des comportements ou des activités psychologiques, attribuable à l'expérience du sujet.
  • Définition
    • La définition proposée du processus d'apprentissage serait : Modifications durables de la fonctionnelle du système nerveux (aspect émotionnel, cognitif, comportemental ou psychique) d'un sujet (humain ou animal) provoquées par l'action de processus neuraux.
 

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