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Essayer de comprendre un texte scientifique sur les neurones et la dopamine

Essayer de comprendre un texte scientifique sur les neurones et la dopamine


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Je suis en train de lire https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC1564381/ et j'essaie de comprendre comment se fait la prédiction dans le neurone.

Ce que j'ai distillé jusqu'à présent : une cellule reçoit une entrée, elle calcule une probabilité de récompense (potentiel de félicité j'aime l'appeler), si elle peut provoquer une récompense, elle libère de la dopamine dans une quantité de récompense attendue.

Donc en ce moment je me demande, quel est le processus qui se passe pour faire ce calcul. Quelles variables d'entrée le neurone utilise-t-il pour calculer la probabilité d'une récompense et la quantité de dopamine à libérer ?

Tient-il compte des synapses qui ont fourni les signaux d'entrée ? Ou est-ce le type de signaux d'entrée? Ou une combinaison des deux ? Est-ce que les entrées de fréquence se produisent?

J'ai besoin d'une explication sur la façon dont le neurone calcule son "potentiel de félicité" comme j'aime l'appeler, chez les gens normaux en anglais au lieu de l'anglais universitaire.

P.s. Je n'ai pas de formation universitaire. Je suis juste intéressé par les choses liées à la science sans avoir une éducation formelle.


Transmission cérébrale de la dopamine dans la santé et la maladie de Parkinson : modulation de la transmission synaptique et de la plasticité par la transmission volumique et les hétérorécepteurs dopaminergiques

Cet article de perspective fournit des observations soutenant le point de vue selon lequel les neurones dopaminergiques nigro-striataux et les neurones dopaminergiques méso-limbiques communiquent principalement par transmission de volume à courte distance dans la gamme um avec la dopamine diffusant dans les régions extrasynaptiques et synaptiques des synapses glutamate et GABA. Sur la base de cette communication, il est discuté de la façon dont la transmission du volume module la transmission synaptique du glutamate sur les voies GABA directes modulées D1R et indirectes modulées D2R du striatum dorsal. Chaque neurone dopaminergique nigro-striatal a d'abord été calculé pour former un grand nombre de terminaisons nerveuses néostriatales DA, puis s'est avéré donner lieu à des arborisations axonales denses réparties sur le néostriatum, à partir desquelles la dopamine est libérée. Ces neurones peuvent, grâce à la transmission de volume DA, influencer directement non seulement les neurones de projection GABA striataux, mais tous les types de cellules striatales en parallèle. Il comprend les cellules nerveuses GABA formant la voie GABA îlot/striosome vers les cellules dopaminergiques nigrales, les interneurones cholinergiques striataux et les interneurones GABA striataux. La modulation de la dopamine des différents types de cellules nerveuses striatales implique les cinq sous-types de récepteurs de la dopamine, les récepteurs D1R à D5R, et leur formation de multiples complexes homo et hétérorécepteurs de dopamine extrasynaptiques et synaptiques. Ces caractéristiques du neurone dopaminergique nigro-striatal pour moduler en parallèle l'activité de pratiquement tous les types de cellules nerveuses striatales dans le striatum dorsal, à travers les complexes récepteurs de la dopamine, nous permet de comprendre son réglage fin unique et crucial des mouvements, qui est perdu dans la maladie de Parkinson. L'intégration des signaux de la dopamine striatale avec d'autres systèmes de transmission dans le striatum s'effectue principalement via les interactions récepteur-récepteur dans les complexes hétérorécepteurs de la dopamine. De tels événements moléculaires participent également à l'intégration de la transmission volumique et de la transmission synaptique. La modulation de la dopamine des synapses glutamate sur la voie dorsale striato-pallidale GABA implique des complexes hétérorécepteurs D2R tels que les complexes hétérorécepteurs D2R-NMDAR, A2AR-D2R et NTSR1-D2R. La modulation de la dopamine des synapses glutamate sur la voie striato-entopeduncular/nigral a lieu principalement via les complexes hétérorécepteurs D1R tels que les complexes hétérorécepteurs D1R-NMDAR, A2R-D1R et D1R-D3R. La modulation de la dopamine du compartiment îlot/striosome du striatum dorsal se projetant vers les cellules dopaminergiques nigrales implique des complexes hétérorécepteurs D4R-MOR. Toutes ces interactions récepteur-récepteur sont pertinentes pour la maladie de Parkinson et son traitement.

Mots clés: Récepteur couplé aux protéines G Maladies de Parkinson récepteurs dopaminergiques hétérorécepteurs complexes plasticité neuronale oligomérisation transmission de volume.

Les figures

Illustration de la façon dont la dopamine extrasynaptique…

Illustration de la façon dont la transmission volumique de la dopamine extrasynaptique (DA) module la transmission du striato-pallidal…

Illustration de la façon dont la dopamine (DA)…

Illustration de la libération de la dopamine (DA) à partir d'une varice DA via le volume extrasynaptique…

Illustration de la façon dont la dopamine (DA)…

Illustration de la façon dont la libération de dopamine (DA) par les varicosités DA peut s'activer via le volume…


La taille compte lorsqu'il s'agit de la vulnérabilité des cellules à la maladie de Parkinson

Chaque année, les médecins diagnostiquent environ 60 000 Américains atteints de la maladie de Parkinson, une maladie neurodégénérative incurable pour laquelle le facteur de risque numéro un est l'âge. Dans le monde, on estime que sept à 10 millions de personnes vivent actuellement avec la maladie. Alors que les populations américaines et mondiales vieillissent, il devient de plus en plus urgent d'en comprendre les causes.

Jusqu'à présent, les chercheurs savent que la maladie de Parkinson implique la mort cellulaire dans quelques zones restreintes du cerveau, y compris la substantia nigra (SNc), l'un des deux grands amas de cellules dans le mésencéphale qui abrite une grande population de neurones dopaminergiques. Ces cellules libèrent de la dopamine et sont impliquées dans diverses fonctions, notamment le traitement de la récompense et le mouvement volontaire. Leur mort entraîne des problèmes de contrôle moteur et d'équilibre qui sont les principaux symptômes de la maladie.

De nouvelles recherches montrent que ces cellules cérébrales, les plus à risque dans la maladie de Parkinson, nécessitent des quantités d'énergie inhabituellement élevées pour effectuer leurs tâches en raison de leurs structures très ramifiées. Comme une voiture massive avec un moteur en surchauffe, ces neurones sont susceptibles de s'épuiser et de mourir prématurément. Cette découverte a émergé d'une comparaison de l'utilisation de l'énergie dans les neurones dopaminergiques nigrales et dans des neurones similaires trouvés dans l'aire tegmentale ventrale voisine (VTA), également dans le mésencéphale. &ldquoNous essayions de comprendre pourquoi les neurones dopaminergiques de la substance noire meurent chez les patients atteints de la maladie de Parkinson alors qu'il y a tant d'autres cellules cérébrales qui n'ont aucun problème&rdquo, explique Louis-Eric Trudeau, neuroscientifique à l'Université de Montréal et auteur principal de l'étude publiée le 27 août Biologie actuelle.

Bien que situés presque côte à côte, les neurones du SNc ont dépensé des quantités d'énergie beaucoup plus importantes que ceux du VTA, et leurs mitochondries, les structures qui créent l'énergie dans les cellules, ont fonctionné en permanence à leur capacité maximale. Après un examen plus approfondi, les chercheurs ont découvert que l'énorme demande de ces cellules énergivores provenait du fait qu'elles sont environ deux fois plus grandes que leurs voisines de la VTA. Les neurones SNc ont également beaucoup plus d'extensions axonales. Comme un arbre avec de nombreuses branches, les plus gros neurones ont besoin de plus d'énergie pour survivre et remplir leurs fonctions.

Lorsque les expérimentateurs ont réduit cette ramification en ajoutant de la sémaphorine, une protéine de guidage axonale qui inhibe la croissance neurale, cela a réduit l'activité mitochondriale, la dépense énergétique et la vulnérabilité de ces neurones. Malheureusement, une telle approche compromettrait les neurones survivants, qui doivent augmenter leur ramification, en particulier dans les cerveaux vieillissants, pour prendre le relais et reconstituer les réserves de dopamine.

L'hypothèse selon laquelle une ramification axonale étendue contribue à la vulnérabilité des neurones dopaminergiques impliqués dans la maladie de Parkinson a été suggérée dans le passé, mais c'est la première étude qui met ces affirmations à l'épreuve et au moins en laboratoire. Il reste à voir si les résultats peuvent également être obtenus chez des animaux vivants, explique André Parent, professeur à l'Université Laval qui étudie les maladies neurodégénératives et n'a pas participé à l'étude.

Nous perdons tous des neurones dopaminergiques en vieillissant. Ce n'est pas un problème pour la plupart des gens car à mesure que les neurones sont perdus, d'autres survivants prennent le relais. Chez certains individus, cependant, un « seuil critique » de perte neurale est atteint et les cellules restantes ne sont plus capables de compenser. &ldquoParkinson&rsquos est une maladie à coups multiples,&rdquo Trudeau dit. &ldquoPour développer la maladie, vous avez besoin de quelques éléments : le processus de vieillissement et une mutation ou une exposition à des toxines environnementales. Nous avons peut-être tous des neurones à risque qui finiront par mourir à un âge avancé. Mais nous n'avons pas ce deuxième "qui augmentera le stress sur ces cellules, conduisant au développement de la maladie". Les grosses cellules dopaminergiques de la substance noire ont besoin d'énergie supplémentaire pour fonctionner, et ce stress chroniquement élevé les rend plus vulnérables mutations, effets environnementaux et vieillissement, autant d'éléments qui expliquent peut-être pourquoi ils sont parmi les premiers à mourir.

Trudeau et son équipe cherchent maintenant à utiliser les résultats de cette découverte pour améliorer les modèles de rongeurs de la maladie de Parkinson afin qu'ils soient mieux en mesure d'imiter ce qui se passe dans le cerveau des primates. Parce que ces cerveaux sont plus gros, les neurones dopaminergiques ont plus de territoire à couvrir, ce qui les oblige probablement à établir plus de connexions et à dépenser plus d'énergie. Actuellement, les scientifiques ne sont même pas sûrs que les rats ou les souris développent la maladie de Parkinson, et c'est peut-être parce que leurs cellules sont trop petites. Nous espérons que de futures études révéleront exactement à quel point la taille compte dans le cerveau.


Les neurochimies du bonheur

La vie dans le corps humain est conçue pour être une expérience heureuse. Notre biologie évolutive garantit que tout ce qui est nécessaire à notre survie nous fait nous sentir bien. Tous les animaux recherchent le plaisir et évitent la douleur. Par conséquent, notre cerveau possède une source de substances neurochimiques autoproduites qui transforment les poursuites et les luttes de la vie en plaisir et nous rendent heureux lorsque nous les atteignons.

Cette conception biologique est généreuse, mais reste en sommeil dans beaucoup. Dans cet article, je vais examiner sept molécules cérébrales liées au bonheur et proposer des moyens simples de déclencher leur libération dans votre vie quotidienne.

La prémisse de La voie de l'athlète : la sueur et la biologie du bonheur est que grâce à notre activité physique quotidienne et à d'autres choix de mode de vie, nous avons le pouvoir de nous rendre plus heureux. L'un des effets secondaires de la vie à l'ère numérique est que nous sommes de plus en plus éloignés de notre physicalité et les uns des autres.

Notre biologie court-circuite. L'équilibre des substances neurochimiques qui a évolué pendant des millénaires a été perturbé par nos vies modernes, nous rendant plus sujets à la dépression, à l'anxiété et au mécontentement. Les laboratoires pharmaceutiques ont hâte de rééquilibrer ce déséquilibre avec une pilule. Mon objectif est de vous prescrire des choix de vie simples et des changements de comportement qui peuvent améliorer la chimie de votre cerveau, vous faire sentir mieux et vous motiver à maximiser votre potentiel humain.

Notre corps produit des centaines de substances neurochimiques. Seule une petite fraction d'entre eux a été identifiée par les scientifiques. Nous ne saurons pas de notre vivant exactement comment fonctionnent toutes ces molécules.

Albert Einstein croyait que, "Tout doit être rendu aussi simple que possible, mais pas plus simple." Sur la base de cette philosophie, j'ai appliqué des balises simples à sept molécules du cerveau et des descriptions générales de la façon dont chacune est liée à un sentiment de bien-être.

Les neurochimies du bonheur

1. Endocannabinoïdes : « La molécule de bonheur »

Les endocannabinoïdes sont du cannabis autoproduit qui agit sur les récepteurs CB-1 et CB-2 du système cannabinoïde. L'anandamide (du sanskrit « Ananda » qui signifie bonheur) est l'endocannabinoïde le plus connu. Fait intéressant, au moins 85 cannabinoïdes différents ont été isolés de la plante de cannabis. L'hypothèse est que chacun de ces éléments agit comme une clé qui se glisse dans une serrure différente du système cannabinoïde et modifie les perceptions et les états de conscience de diverses manières. Il est probable que nous produisions nous-mêmes autant de variantes d'endocannabinoïdes, mais il faudra des décennies aux neuroscientifiques pour les isoler.

Une étude de l'Université de l'Arizona, publiée en avril 2012, soutient que les endocannabinoïdes sont, très probablement, la cause de l'euphorie des coureurs. L'étude montre que les humains et les chiens présentent une augmentation significative des endocannabinoïdes après une course soutenue.

L'étude n'aborde pas la contribution potentielle des endorphines à l'euphorie du coureur. Cependant, dans d'autres recherches qui se sont concentrées sur la barrière hémato-encéphalique (BHE), il a été démontré que les molécules d'endorphine sont trop grosses pour traverser librement la BHE et ne sont probablement pas responsables de l'état de bonheur associé à l'euphorie du coureur.

2. Dopamine : « La molécule de récompense »

La dopamine est responsable du comportement axé sur les récompenses et de la recherche de plaisir. Chaque type de comportement de recherche de récompense qui a été étudié augmente le niveau de transmission de la dopamine dans le cerveau. Si vous voulez prendre une dose de dopamine, fixez-vous un objectif et atteignez-le.

De nombreuses drogues provoquant une dépendance, telles que la cocaïne et la méthamphétamine, agissent directement sur le système dopaminergique. La cocaïne bloque la recapture de la dopamine, laissant ces neurotransmetteurs dans l'espace synaptique plus longtemps.

Il existe des preuves que les personnes ayant un type de personnalité extraverti ou non inhibé ont tendance à avoir des niveaux de dopamine plus élevés que les personnes ayant une personnalité introvertie. Pour vous sentir plus extraverti et décomplexé, essayez d'augmenter vos niveaux de dopamine naturellement en étant un fonceur dans votre vie quotidienne et en inondant votre cerveau de dopamine régulièrement en vous fixant des objectifs et en les atteignant.

3. L'ocytocine : « La molécule de liaison »

L'ocytocine est une hormone directement liée au lien humain et à l'augmentation de la confiance et de la loyauté. Dans certaines études, des niveaux élevés d'ocytocine ont été corrélés avec l'attachement amoureux. Certaines études montrent que si un couple est séparé pendant une longue période, le manque de contact physique réduit l'ocytocine et entraîne le désir de renouer avec cette personne. Mais il y a un débat quant à savoir si l'ocytocine a le même effet sur les hommes que sur les femmes. Chez les hommes, la vasopressine (un proche cousin de l'ocytocine) peut en fait être la « molécule de liaison ». Mais encore une fois, l'essentiel est que le contact peau à peau, l'affection, l'amour et l'intimité sont essentiels pour se sentir heureux.

Dans un cybermonde, où nous sommes souvent « seuls ensemble » sur nos appareils numériques, il est plus important que jamais de maintenir des liens humains intimes face à face et des connexions « tribales » au sein de votre communauté. S'entraîner dans un gymnase, dans un environnement de groupe ou avoir un copain de jogging est un excellent moyen de maintenir ces liens humains et de libérer de l'ocytocine.

Dans une étude de 2003, les niveaux d'ocytocine ont augmenté à la fois chez le chien et le propriétaire après le temps passé à « câliner ». La forte liaison émotionnelle entre les humains et les chiens peut avoir une base biologique dans l'ocytocine. Si vous n'avez pas d'autre être humain pour vous offrir de l'affection et augmenter l'ocytocine, votre animal de compagnie préféré peut également faire l'affaire.

4. Endorphine : « La molécule anti-douleur »

Le nom Endorphine se traduit par « morphine autoproduite ». Les endorphines ressemblent aux opiacés dans leur structure chimique et ont des propriétés analgésiques. Les endorphines sont produites par l'hypophyse et l'hypothalamus lors d'un effort physique intense, d'un rapport sexuel et d'un orgasme. Faites de ces activités une partie de votre vie régulière pour maintenir le pompage des endorphines.

Les endorphines sont moins liées à l'« effet du coureur » que les endocannabinoïdes, mais sont liées à l'aspect « ne ressentir aucune douleur » de l'exercice aérobique et sont produites en plus grande quantité pendant l'entraînement cardio et musculaire « anaérobique » de haute intensité.

En 1999, des chercheurs cliniques ont rapporté que l'insertion d'aiguilles d'acupuncture dans des points spécifiques du corps déclenche la production d'endorphines. Dans une autre étude, des niveaux plus élevés d'endorphines ont été trouvés dans le liquide céphalo-rachidien après que les patients aient subi une acupuncture. L'acupuncture est un excellent moyen de stimuler la libération d'endorphines.

5. GABA : « La molécule anti-anxiété »

Le GABA est une molécule inhibitrice qui ralentit le déclenchement des neurones et crée un sentiment de calme. Vous pouvez augmenter le GABA naturellement en pratiquant le yoga, la méditation ou « The Relaxation Response ». Les benzodiazépines (comme le Valium et le Xanax) sont des sédatifs qui agissent comme des anxiolytiques en augmentant le GABA. Ces médicaments ont de nombreux effets secondaires et risques de dépendance mais sont encore largement prescrits.

Une étude de la Journal de médecine alternative et complémentaire ont trouvé une augmentation de 27% des niveaux de GABA chez les praticiens du yoga après une séance de yoga de 60 minutes par rapport aux participants qui ont lu un livre pendant 60 minutes. L'étude suggère que le yoga pourrait augmenter naturellement les niveaux de GABA.

6. Sérotonine : « La molécule de confiance »

La sérotonine joue tellement de rôles différents dans notre corps qu'il est vraiment difficile de la marquer. Pour des raisons d'application pratique, je l'appelle « La molécule de confiance ». En fin de compte, le lien entre une sérotonine plus élevée et un manque de sensibilité au rejet permet aux gens de se mettre dans des situations qui renforceront l'estime de soi, augmenteront le sentiment de valeur et créeront un sentiment d'appartenance.

Pour augmenter la sérotonine, lancez-vous régulièrement des défis et poursuivez des activités qui renforcent le sens du but, du sens et de l'accomplissement. Être capable de dire "Je l'ai fait!" produira une boucle de rétroaction qui renforcera les comportements qui renforcent l'estime de soi, vous rendront moins anxieux et créeront une spirale ascendante de plus en plus de sérotonine.

Une variété d'antidépresseurs populaires sont appelés inhibiteurs de la recapture de la sérotonine (ISRS) - ce sont des médicaments bien connus comme le Prozac, Celexa, Lexapro, Zoloft, etc. La principale indication des ISRS est la dépression clinique, mais les ISRS sont fréquemment prescrits pour l'anxiété. , troubles paniques, trouble obsessionnel compulsif (TOC), troubles de l'alimentation, douleur chronique et trouble de stress post-traumatique (SSPT).

Les ISRS tirent leur nom du fait qu'on pensait autrefois qu'ils fonctionnaient en gardant la sérotonine dans l'espace synaptique plus longtemps et que cela rendrait universellement les personnes qui prenaient ces pilules plus heureuses. Théoriquement, si la sérotonine était le seul neurochimique responsable de la dépression, ces médicaments fonctionneraient pour tout le monde. Cependant, certaines personnes ne répondent jamais aux ISRS, mais elles réagissent aux médicaments qui agissent sur les systèmes GABA, dopamine ou noradrénaline.

Les scientifiques ne comprennent pas pleinement le rôle de la sérotonine dans les troubles de l'humeur, c'est pourquoi il est important que vous travailliez en étroite collaboration avec un psychopharmacologue de confiance si vous souhaitez trouver un médicament sur ordonnance qui vous convient le mieux. De plus, le fait que les ISRS mettent quelques semaines à se déclencher suggère que leur effet pourrait également être lié à la neurogenèse, qui est la croissance de nouveaux neurones. Ces résultats illustrent que le fonctionnement des antidépresseurs dans le cerveau de chaque personne varie considérablement et n'est pas entièrement compris par les scientifiques ou les chercheurs.

7. Adrénaline : "La molécule d'énergie"

L'adrénaline, techniquement connue sous le nom d'épinéphrine, joue un rôle important dans le mécanisme de combat ou de fuite. La libération d'épinéphrine est exaltante et crée une poussée d'énergie. L'adrénaline provoque une augmentation de la fréquence cardiaque, de la pression artérielle et agit en provoquant la constriction des vaisseaux sanguins moins importants et en augmentant le flux sanguin vers les muscles plus gros. Un « Epi-Pen » est une injection d'épinéphrine utilisée dans le traitement des réactions allergiques aiguës.

Une « montée d'adrénaline » survient en période de détresse ou face à des situations effrayantes. Il peut être déclenché à la demande en faisant des choses qui vous terrifient ou en étant plongé dans une situation qui semble dangereuse. Vous pouvez également créer une poussée d'adrénaline en prenant de courtes respirations rapides et en contractant les muscles. Cette secousse peut être saine à petites doses, surtout lorsque vous avez besoin d'un coup de pouce.

Une montée d'adrénaline vous fait vous sentir très vivant. Il peut être un antidote à l'ennui, au malaise et à la stagnation. Prendre des risques et faire des choses effrayantes qui vous forcent à sortir de votre zone de confort sont essentiels pour maximiser votre potentiel humain. Cependant, les gens agissent souvent de manière imprudente pour obtenir une montée d'adrénaline. Si vous êtes un « accro à l'adrénaline », essayez d'équilibrer la recherche de nouveauté potentiellement nocive en vous concentrant sur les comportements qui vous feront vous sentir bien en libérant d'autres produits neurochimiques de cette liste.

Il n'y a pas de prescription unique lorsqu'il s'agit de créer un équilibre neurochimique corrélé à un sentiment de bonheur. Utilisez cette liste de sept substances neurochimiques comme liste de contrôle rudimentaire pour faire l'inventaire de vos habitudes quotidiennes et pour garder votre vie équilibrée. En vous concentrant sur les choix de vie qui sécrètent chacun de ces produits neurochimiques, vous augmenterez vos chances de bonheur à tous les niveaux.

La science du cerveau est une triade de composants électriques (ondes cérébrales), architecturaux (structures cérébrales) et chimiques (neurochimiques) travaillant de concert pour créer un état d'esprit. Cette entrée se concentre uniquement sur les éléments chimiques. J'explorerai les composants électriques et architecturaux dans les prochains blogs.


L'évolution de la compréhension des neurones dopaminergiques dans la substance noire et la zone tegmentale ventrale

Ces dernières années, la population de neurones de l'aire tegmentale ventrale (VTA) et de la substance noire (SN) a été examinée à plusieurs niveaux. Les résultats indiquent que les projections, la neurochimie et l'expression des récepteurs et des canaux ioniques dans cette population cellulaire varient considérablement. Cette revue se concentre sur les propriétés intrinsèques et la régulation synaptique qui contrôlent l'activité des neurones dopaminergiques. Bien que tous les neurones dopaminergiques déclenchent des potentiels d'action dans un modèle de stimulateur cardiaque en l'absence d'entrée synaptique, les propriétés intrinsèques qui sous-tendent cette activité diffèrent considérablement. De même, la transition vers un schéma burst/pause résulte de combinaisons de conductances ioniques intrinsèques, d'entrées synaptiques inhibitrices et excitatrices qui diffèrent parmi cette population cellulaire. Enfin, la plasticité synaptique est un régulateur clé du taux et du schéma d'activité dans différents groupes de neurones dopaminergiques. Grâce à ces propriétés fondamentales, l'activité des neurones dopaminergiques est régulée et sous-tend les fonctions étendues qui ont été attribuées à la dopamine.


Les neurones qui sont apparus de nulle part

Les scientifiques se sont rassemblés autour de la boîte de Pétri de Yuanchao Xue. Ils ne pouvaient pas identifier les cellules qu'ils voyaient. "Nous avons vu beaucoup de cellules avec des pointes pousser hors de la surface cellulaire", a déclaré Xiang-Dong Fu, chef de l'équipe de recherche à l'Université de Californie à San Diego. "Aucun de nous ne savait vraiment grand-chose des neurosciences, et nous avons demandé autour de nous et quelqu'un a dit qu'il s'agissait de neurones." L'équipe, composée de scientifiques cellulaires et moléculaires de base, était totalement perplexe. D'où venaient ces neurones ? Xue avait laissé une expérience ratée, une boîte pleine de cellules tumorales humaines, dans l'incubateur, et quand il a regardé deux semaines plus tard, il a trouvé une boîte pleine de neurones.

Ce n'est pas souvent qu'un type de cellule inattendu apparaisse dans une boîte de Pétri, comme s'il venait de nulle part. Les scientifiques du monde entier ont consacré beaucoup de temps et d'argent à essayer activement de générer des neurones en laboratoire - les implications pour les maladies neurodégénératives seraient énormes. Et pourtant, cette équipe de recherche, qui étudiait en fait la protéine de liaison à l'ARN PTB, avait généré sans le savoir toute une boîte de neurones.

"Cela m'a intrigué pendant assez longtemps et je ne savais pas ce qui n'allait pas avec mes cellules", a déclaré Xue, qui est maintenant chercheur à l'Institut de biophysique de l'Académie chinoise des sciences, à Pékin. Xue tentait d'épuiser les cellules tumorales humaines de la PTB avec de petits ARN d'interférence (siARN). Il s'attendait à ce que ses lignées cellulaires, qui sont généralement très prolifératives, continuent de croître, mais elles se sont arrêtées et ont donc été mises de côté pendant deux semaines. Sûrs que le plat était devenu contaminé, Xue et ses collègues ont tenté l'expérience à nouveau… et encore… et encore.

Le fait de ne pas être pleinement conscients du terrain et de la façon dont ils allaient à l'encontre de la science les a aidés. Leur naïveté leur a permis d'aller de l'avant.

"Nous avons testé chaque cellule que nous pouvions saisir, et chaque fois nous avons fait la même chose - c'est-à-dire éliminer la protéine PTB - et chaque cellule est devenue un neurone", a déclaré Fu. Fibroblastes, cellules tumorales, cellules gliales… L'équipe s'est rendu compte qu'à chaque fois qu'elle appauvrissait la cellule de PTB, la cellule se transformait en neurone. La prochaine étape logique était de passer à des modèles murins de la maladie de Parkinson, la mort progressive des neurones producteurs de dopamine qui provoque, entre autres, des tremblements et des problèmes de mouvement. Comme pour d'autres affections neurodégénératives, le traitement est intrinsèquement difficile et les options actuelles ne sont pas curatives. 1 La neurogenèse, la génération de nouveaux neurones dans le cerveau, s'arrête généralement pendant la puberté. Ainsi, lorsque ces cellules sont endommagées ou meurent, le corps ne peut pas les remplacer.

Xue et ses collègues ont décidé de se concentrer sur la substance noire, une région du mésencéphale où les neurones dopaminergiques prédominent et meurent généralement au cours de la maladie. Les chercheurs ont décidé d'essayer la technique de depleting-PTB sur les astrocytes, des cellules non neuronales en forme d'étoile qui sont abondantes dans le cerveau. Habituellement, ils produisent la protéine de liaison à l'ARN PTB1, qui les empêche de devenir des neurones. S'appuyant sur l'idée que lorsque les neurones meurent, les astrocytes prolifèrent généralement et remplissent cet espace dans le cerveau, l'équipe a pensé qu'il pourrait être utile de convertir ces astrocytes en excès dans la maladie de Parkinson en neurones in vivo, dans des modèles animaux.

Cependant, leurs pairs neuroscientifiques étaient dubitatifs. En théorie, a-t-on dit à Fue, il n'est pas possible de régénérer un neurone fonctionnel ou de reconstruire un circuit neuronal. Expériences en boîte de Pétri, in vitro, peut souvent être très différent in vivo, dans les organismes vivants. De plus, d'un point de vue expérimental, les chances de convertir les astrocytes en neurones fonctionnels in vivo avaient l'air mince.

Fu a expliqué que le fait de ne pas être pleinement conscient du domaine et de la façon dont ils allaient à l'encontre de la science les a aidés. Leur naïveté, dit-il, leur a permis d'aller de l'avant. Ainsi, l'équipe a conçu un virus adéno-associé pour porter un siRNA, pour faire taire le gène cible qui code la PTB, Ptbp1. Ils ont injecté le virus directement dans le mésencéphale du modèle murin de la maladie de Parkinson, où l'équipe avait épuisé la plupart des neurones dopaminergiques avec le produit chimique, l'oxydopamine. Ils ont également injecté un modèle de contrôle avec le siRNA sans vecteur. Fu et ses collègues ont pu voir que 12 semaines après l'injection, le nombre de neurones convertis avait atteint 30 à 35 pour cent, il n'y avait pas de neurones dans le modèle de contrôle. Avec une série d'expériences par la suite, les chercheurs ont également pu montrer que non seulement les astrocytes étaient convertis en neurones dopaminergiques fonctionnels, mais ces neurones ont progressivement mûri et reconstruit les circuits neuronaux de la région et restauré les déficits moteurs. La théorie neuroscientifique était fausse.

Le bruit est une drogue et New York regorge de toxicomanes

Dès que la porte claque, je me glisse au sol en tailleur et retiens mon souffle. La pièce dans laquelle je viens de me barricader ressemble un peu au chokey de Mathilde une seule ampoule jette un a. LIRE LA SUITE

L'équipe a réalisé que cette technique pouvait convertir les types cellulaires en neurones spécifiques à cette région en injectant leur virus-plus-vecteur dans la région corticale du cerveau, les chercheurs ont vu les astrocytes corticaux se convertir en neurones corticaux. L'équipe a montré dans un récent La nature article, publié en juin de cette année, qu'ils avaient réussi à inverser les symptômes de la maladie de Parkinson dans un modèle murin. 2

"Oui, ces résultats sont très inattendus", a déclaré Xinnan Wang (qui n'était pas impliqué dans l'étude) par courrier électronique. Wang est chercheur au département de neurochirurgie de la Stanford University School of Medicine. « [Ceci est] une véritable innovation « prête à l'emploi ». Si ce mécanisme fonctionne de la même manière chez l'homme, il fournira un nouveau paradigme pour la façon dont nous traitons les maladies neurodégénératives, y compris la maladie de Parkinson : en convertissant simplement les propres astrocytes des patients en neurones. »

D'autres scientifiques ont déjà essayé de le faire. Une équipe suédoise, par exemple, a rapporté dans un article de 2017 qu'elle était capable de convertir les astrocytes d'une souris atteinte de la maladie de Parkinson en neurones libérant de la dopamine induite (iDA). 3 Le taux de conversion était cependant faible et les neurones iDA n'étaient pas capables de construire un circuit neuronal distant ou de restaurer complètement le comportement moteur.

Il se peut que les astrocytes suppriment constamment leur développement en neurone avec l'expression de PTB1. C'est l'une des raisons pour lesquelles l'élimination de la PTB dans les astrocytes les a convertis en neurones pleinement fonctionnels spécifiques à la région.

« Mon rêve est qu'avant ma retraite, nous puissions voir un essai clinique et un patient en bénéficier. »

Malgré la série d'expériences élégantes de Xue et de ses collègues, les chercheurs se sont heurtés à quelques obstacles. Ils ont initialement soumis leur étude à une autre publication, en 2017, mais ont été rejetés. « Les trois évaluateurs pairs qui avaient examiné le document nous ont appelés eux-mêmes pour nous féliciter », a déclaré Fu. Selon Fu, les critiques ont déliré: "C'est tellement excitant" et "c'est une percée majeure". Fu et l'équipe étaient heureux que la recherche ait été bien reçue. Cependant, le rédacteur en chef de la publication était très hésitant. Un quatrième examinateur s'est demandé si l'équipe avait correctement interprété ses expériences. Le papier n'a pas été accepté.

Ainsi, l'équipe déçue a soumis son article à La nature, où il a finalement été publié. Mais seulement après quelques années et beaucoup plus de travail. Encore une fois, un autre groupe d'examinateurs a immédiatement appelé l'équipe pour les féliciter pour leur « travail révolutionnaire ». Et un quatrième critique a suggéré une série d'expériences que les chercheurs pourraient faire pour dissiper tout doute supplémentaire. "Ils ont suggéré 28 autres expériences", a déclaré Fu. «Nous avons fait chacun. C'est pourquoi le papier est si long !

"C'est très excitant et (pour moi) un résultat inattendu d'un point de vue théorique", a déclaré John Hardy, chercheur au département des maladies neurodégénératives de l'University College London, au Science Media Center de Londres. « En tant que science fondamentale, c'est vraiment passionnant. Que cela puisse aider au développement de thérapies pour la maladie de Parkisnon est beaucoup moins clair… mais un travail passionnant. »

Et après? « Des animaux plus gros », a déclaré Fu. « Les singes, puis finalement les humains, et plus précisément le cerveau humain vieillissant. » Fu ne se fait aucune illusion quant à la quantité de travail et au nombre de problèmes potentiels qui les attendent. "Mon rêve est qu'avant ma retraite, nous puissions voir un essai clinique et un patient en bénéficier", a-t-il déclaré. « Ce serait bien. »

Comment, après leur découverte initiale, des pairs douteux, d'innombrables demandes de financement rejetées et des rejets de publications, Fu et son équipe ont-ils trouvé la persévérance pour poursuivre cette recherche pendant une décennie ? Fu est humble, soulignant leur naïveté. « En tant que scientifiques fondamentaux, nous n'avons jamais rêvé que nous nous retrouverions sur cette voie de la découverte. C'était purement accidentel.

Wang a ajouté : « Il y a beaucoup d'"accidents" derrière chaque découverte scientifique, et la plupart du temps, nos projets ne se déroulent pas comme prévu initialement. Ensuite, il est vraiment important de savoir comment les chercheurs traitent ces «accidents». S'agit-il de véritables découvertes scientifiques ou de simples bruits ? Être neuroscientifique ou non peut ne pas avoir trop d'importance lorsque des résultats inattendus apparaissent. I think what matters most is that the authors were able to pick this ‘accident’ up and push it forward.”

Nayanah Siva is a science writer based in London. Follow her on Twitter @nayanah.

1. Durães, F., Pinto, M., & Sousa, E. Old drugs as new treatments for neurodegenerative diseases. Pharmaceuticals 11, 44 (2018).

2. Qian, H., et al. Reversing a model of Parkinson’s disease with in situ converted nigral neurons. La nature 582, 550-556 (2020).

3. Rivetti di Val Cervo, P. Induction of functional dopamine neurons from human astrocytes in vitro and mouse astrocytes in a Parkinson’s disease model. La nature 35, 444-452 (2017).


Dopamine controls formation of new brain cells, salamander study shows

A study of the salamander brain has led researchers at Karolinska Institutet to discover a hitherto unknown function of the neurotransmitter dopamine. In an article published in the scientific journal Cellule souche they show how in acting as a kind of switch for stem cells, dopamine controls the formation of new neurons in the adult brain. Their findings may one day contribute to new treatments for neurodegenerative diseases, such as Parkinson's.

The study was conducted using salamanders which unlike mammals recover fully from a Parkinson's-like condition within a four-week period. Parkinson's disease is a neurodegenerative disease characterised by the death of dopamine-producing cells in the mid-brain. As the salamander re-builds all lost dopamine-producing neurons, the researchers examined how the salamander brain detects the absence of these cells. This question is a fundamental one since it has not been known what causes the new formation of nerve cells and why the process ceases when the correct number have been made.

What they found out was that the salamander's stem cells are automatically activated when the dopamine concentration drops as a result of the death of dopamine-producing neurons, meaning that the neurotransmitter acts as a constant handbrake on stem cell activity.

"The medicine often given to Parkinson's patients is L-dopa, which is converted into dopamine in the brain," says Dr Andras Simon, who led the study at the Department of Cell and Molecular Biology. "When the salamanders were treated with L-dopa, the production of new dopamine-producing neurons was almost completely inhibited and the animals were unable to recover. However, the converse also applies. If dopamine signalling is blocked, new neurons are born unnecessarily."

As in mammals, the formation of neurons in the salamander mid-brain is virtually non-existent under normal circumstances. Therefore by studying the salamander, scientists can understand how the production of new nerve cells can be resumed once it has stopped, and how it can be stopped when no more neurons are needed. It is precisely in this regulation that dopamine seems to play a vital part. Many observations also suggest that similar mechanisms are active in other animal species too. Further comparative studies can shed light on how neurotransmitters control stem cells in the brain, knowledge that is of potential use in the development of therapies for neurodegenerative diseases.

"One way of trying to repair the brain in the future is to stimulate the stem cells that exist there," says Dr Simon. "This is one of the perspectives from which our study is interesting and further work ought to be done on whether L-dopa, which is currently used in the treatment of Parkinson's, could prevent such a process in other species, including humans. Another perspective is how medicines that block dopamine signalling and that are used for other diseases, such as psychoses, affect stem cell dynamics in the brain."

The salamander is a tailed member of the frog family most known for its ability to regenerate lost body parts, such entire limbs.

Source de l'histoire :

Matériel fourni par Karolinska Institutet. Remarque : Le contenu peut être modifié pour le style et la longueur.


Dopamine neurons have a role in movement, new study finds (Nature Neuroscience)

Par Catherine Zandonella, Cabinet du doyen à la recherche

Princeton University researchers have found that dopamine – a brain chemical involved in learning, motivation and many other functions – also has a direct role in representing or encoding movement. The finding could help researchers better understand dopamine’s role in movement-related disorders such as Parkinson’s disease.

The researchers used a new, more precise technique to record the activity of dopamine neurons at two regions within a part of the brain known as the striatum, which oversees action planning, motivation and reward perception. The researchers found that while all of the neurons carried signals needed to learn and plan movement, one of the nerve bundles, the one that went to the region called the dorsomedial striatum, also carried a signal that could be used to control movements.

The work was published online in the journal Neurosciences de la nature this week.

“What we learned from this study is that dopamine neurons that go to one part of the brain act differently than dopamine neurons that go to another part of the brain,” said Ilana Witten, assistant professor of psychology and the Princeton Neuroscience Institute. “This is contrary to what has been the mainstream view of dopamine neurons.”

The research may shed light on how Parkinson’s disease, which involves the destruction of dopamine neurons in the dorsomedial striatum, deprives patients of the ability to move. Previous studies have failed to find a direct link between dopamine neuron activity and the control of movement or actions. Instead, the mainstream view suggested an indirect role for dopamine: the neurons make it possible for us to learn which actions are likely to lead to a rewarding experience, which in turn enables us to plan to take that action. When dopamine neurons are destroyed, the individual cannot learn to plan actions and thus cannot move.

The new study affirmed the role of dopamine in reward-based learning, but also found that in the dorsomedial striatum, dopamine neurons can play a direct role in movement. The researchers used a method for measuring neuron activity at very precise locations in the brain. They measured the activity at the ends of neurons – the terminals where dopamine is released into the junction, or synapse, between two cells – in two locations in the striatum: the nucleus accumbens, known to be involved in processing reward, and the dorsomedial striatum, known for evaluating and generating actions.

Until recently, it has been difficult to measure dopamine neuron activity in these regions due to the small size of the regions and the fact that there are many other neurons present that are delivering other brain chemicals, or neurotransmitters, to the same areas of the brain.

To restrict their measurements to only dopamine-carrying neurons, the researchers used mice whose brains carry genetically altered cells that glow green when active. The mice also contain a second gene that ensured that the glowing could only occur when dopamine was present.

The researchers then recorded neuron activity from either the nucleus accumbens or the dorsomedial striatum by inserting a very thin optical fiber into each region to record the fluorescing dopamine cells in only the desired regions.

Once the ability to measure neuron activity was in place, the researchers gave the mice a task that involved both reward-based learning as well as movement.

The task involved presenting the mice with two levers, one of which, when pressed, gave a drink of sweetened water. Through trial and error, the mice learned which lever would give the reward. During the task, the researchers recorded their brain activity.

The task is analogous to playing slot machines at a casino. Picture yourself at a casino with two slot machines in front of you. You pull the lever on the machine to your left and it spits out some coins. Your brain learns that the left lever leads to a reward, so you plan and execute an action: you pull the left lever again. After a few more pulls on the left lever without a reward, you switch to the machine on the right.

When an action is rewarding, you are likely to remember it, an important step in learning. The difference between how much reward you expect, and how much you get, is also important, because it tells you whether or not something is new and how much you should pay attention to it. Researchers call this gap between your predicted reward and the reward you actually get the “reward-prediction error” and consider it an important teaching signal.

By matching the mice’s actions to the dopamine activity in their brains during these tasks, the researchers could determine which parts of the brain were active during reward-based learning, and which parts were active when choosing to press a lever. Assistance with computational modeling of the mice’s behaviors was provided by Nathaniel Daw, a professor of the Princeton Neuroscience Institute and Psychology.

The researchers found that the dopamine neurons that innervate the nucleus accumbens and the dorsomedial striatum did indeed encode reward-prediction cues, which is consistent with previous findings. But they also found that in the dorsomedial striatum, the dopamine neurons carried information about what actions the animal is going to take.

“This idea was that dopamine neurons carry this reward-prediction error signal, and that could indirectly affect movement or actions, because if you don’t have this, you won’t correctly learn which actions to perform,” Witten said. “We show that while this is true, it is certainly not the whole story. There is also a layer where dopamine is directly coding movement or actions.”

Nathan Parker, a graduate student in the Witten lab who designed and conducted the experiments and is first author on the paper, added that new findings were made possible both by the improvements in recording of neurons and by the experimental design, which gave researchers a detailed evaluation of neuron activity during a relatively complex task.

Additional research assistance was provided by Princeton postdoctoral research associates Courtney Cameron and Junuk Lee, and graduate student Jung Yoon Choi. Research Specialist Joshua Taliaferro, Class of 2015, begin working on the project as part of his senior thesis. The study also involved contributions from Thomas Davidson, a postdoctoral researcher at Stanford University.

The study also addresses the general question of how dopamine can be involved in so many functions in the brain, Witten said. “We think that some of the way that dopaminergic neurons achieve such diverse functions in the brain is by having specific roles based on their anatomical target.”

Naoshige Uchida, a professor of molecular and cellular biology at Harvard University who was not involved in the study, said the results challenge long-held views and open up new directions of research. “This study by the Witten lab elegantly shows that the activity of some dopamine neurons is modulated by the direction of motion,” Uchida said. “More importantly, they found some of the clearest evidence indicating the heterogeneity of dopamine neurons: A specific population of dopamine neurons projecting to the dorsomedial striatum encodes movement direction more so compared to another population projecting to the ventral striatum.”

Uchida continued, “A similar phenomenon has also been reported in an independent study in non-human primates (Kim, et al., Cell, 2015), suggesting that the Witten lab finding is more universal and not specific to mice. This is particularly important because dopamine has been implicated in Parkinson’s disease but how dopamine regulates movement remains a large mystery.”

Funding for the study was provided by the Pew Charitable Trusts, the McKnight Foundation, the Brain & Behavior Research (NARSAD) Foundation, the Alfred P. Sloan Foundation, the National Institutes of Health, the National Science Foundation, and Princeton’s Stuart M. Essig 󈨗 and Erin S. Enright 󈨖 Fund for Innovation in Engineering and Neuroscience.


186 Nervous System Disorders

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

  • Describe the symptoms, potential causes, and treatment of several examples of nervous system disorders

A nervous system that functions correctly is a fantastically complex, well-oiled machine—synapses fire appropriately, muscles move when needed, memories are formed and stored, and emotions are well regulated. Unfortunately, each year millions of people in the United States deal with some sort of nervous system disorder. While scientists have discovered potential causes of many of these diseases, and viable treatments for some, ongoing research seeks to find ways to better prevent and treat all of these disorders.

Neurodegenerative Disorders

Neurodegenerative disorders are illnesses characterized by a loss of nervous system functioning that are usually caused by neuronal death. These diseases generally worsen over time as more and more neurons die. The symptoms of a particular neurodegenerative disease are related to where in the nervous system the death of neurons occurs. Spinocerebellar ataxia, for example, leads to neuronal death in the cerebellum. The death of these neurons causes problems in balance and walking. Neurodegenerative disorders include Huntington’s disease, amyotrophic lateral sclerosis, Alzheimer’s disease and other types of dementia disorders, and Parkinson’s disease. Here, Alzheimer’s and Parkinson’s disease will be discussed in more depth.

Alzheimer’s Disease

Alzheimer’s disease is the most common cause of dementia in the elderly. In 2012, an estimated 5.4 million Americans suffered from Alzheimer’s disease, and payments for their care are estimated at $200 billion. Roughly one in every eight people age 65 or older has the disease. Due to the aging of the baby-boomer generation, there are projected to be as many as 13 million Alzheimer’s patients in the United States in the year 2050.

Symptoms of Alzheimer’s disease include disruptive memory loss, confusion about time or place, difficulty planning or executing tasks, poor judgment, and personality changes. Problems smelling certain scents can also be indicative of Alzheimer’s disease and may serve as an early warning sign. Many of these symptoms are also common in people who are aging normally, so it is the severity and longevity of the symptoms that determine whether a person is suffering from Alzheimer’s.

Alzheimer’s disease was named for Alois Alzheimer, a German psychiatrist who published a report in 1911 about a woman who showed severe dementia symptoms. Along with his colleagues, he examined the woman’s brain following her death and reported the presence of abnormal clumps, which are now called amyloid plaques, along with tangled brain fibers called neurofibrillary tangles. Amyloid plaques, neurofibrillary tangles, and an overall shrinking of brain volume are commonly seen in the brains of Alzheimer’s patients. Loss of neurons in the hippocampus is especially severe in advanced Alzheimer’s patients. (Figure) compares a normal brain to the brain of an Alzheimer’s patient. Many research groups are examining the causes of these hallmarks of the disease.

One form of the disease is usually caused by mutations in one of three known genes. This rare form of early onset Alzheimer’s disease affects fewer than five percent of patients with the disease and causes dementia beginning between the ages of 30 and 60. The more prevalent, late-onset form of the disease likely also has a genetic component. One particular gene, apolipoprotein E (APOE) has a variant (E4) that increases a carrier’s likelihood of getting the disease. Many other genes have been identified that might be involved in the pathology.

Visit this website for video links discussing genetics and Alzheimer’s disease.

Unfortunately, there is no cure for Alzheimer’s disease. Current treatments focus on managing the symptoms of the disease. Because decrease in the activity of cholinergic neurons (neurons that use the neurotransmitter acetylcholine) is common in Alzheimer’s disease, several drugs used to treat the disease work by increasing acetylcholine neurotransmission, often by inhibiting the enzyme that breaks down acetylcholine in the synaptic cleft. Other clinical interventions focus on behavioral therapies like psychotherapy, sensory therapy, and cognitive exercises. Since Alzheimer’s disease appears to hijack the normal aging process, research into prevention is prevalent. Smoking, obesity, and cardiovascular problems may be risk factors for the disease, so treatments for those may also help to prevent Alzheimer’s disease. Some studies have shown that people who remain intellectually active by playing games, reading, playing musical instruments, and being socially active in later life have a reduced risk of developing the disease.


La maladie de Parkinson

Like Alzheimer’s disease, Parkinson’s disease is a neurodegenerative disease. It was first characterized by James Parkinson in 1817. Each year, 50,000-60,000 people in the United States are diagnosed with the disease. Parkinson’s disease causes the loss of dopamine neurons in the substantia nigra, a midbrain structure that regulates movement. Loss of these neurons causes many symptoms including tremor (shaking of fingers or a limb), slowed movement, speech changes, balance and posture problems, and rigid muscles. The combination of these symptoms often causes a characteristic slow hunched shuffling walk, illustrated in (Figure). Patients with Parkinson’s disease can also exhibit psychological symptoms, such as dementia or emotional problems.

Although some patients have a form of the disease known to be caused by a single mutation, for most patients the exact causes of Parkinson’s disease remain unknown: the disease likely results from a combination of genetic and environmental factors (similar to Alzheimer’s disease). Post-mortem analysis of brains from Parkinson’s patients shows the presence of Lewy bodies—abnormal protein clumps—in dopaminergic neurons. The prevalence of these Lewy bodies often correlates with the severity of the disease.

There is no cure for Parkinson’s disease, and treatment is focused on easing symptoms. One of the most commonly prescribed drugs for Parkinson’s is L-DOPA, which is a chemical that is converted into dopamine by neurons in the brain. This conversion increases the overall level of dopamine neurotransmission and can help compensate for the loss of dopaminergic neurons in the substantia nigra. Other drugs work by inhibiting the enzyme that breaks down dopamine.


Neurodevelopmental Disorders

Neurodevelopmental disorders occur when the development of the nervous system is disturbed. There are several different classes of neurodevelopmental disorders. Some, like Down Syndrome, cause intellectual deficits. Others specifically affect communication, learning, or the motor system. Some disorders like autism spectrum disorder and attention deficit/hyperactivity disorder have complex symptoms.

Autism

Autism spectrum disorder (ASD) is a neurodevelopmental disorder. Its severity differs from person to person. Estimates for the prevalence of the disorder have changed rapidly in the past few decades. Current estimates suggest that one in 88 children will develop the disorder. ASD is four times more prevalent in males than females.

This video discusses possible reasons why there has been a recent increase in the number of people diagnosed with autism.

A characteristic symptom of ASD is impaired social skills. Children with autism may have difficulty making and maintaining eye contact and reading social cues. They also may have problems feeling empathy for others. Other symptoms of ASD include repetitive motor behaviors (such as rocking back and forth), preoccupation with specific subjects, strict adherence to certain rituals, and unusual language use. Up to 30 percent of patients with ASD develop epilepsy, and patients with some forms of the disorder (like Fragile X) also have intellectual disability. Because it is a spectrum disorder, other ASD patients are very functional and have good-to-excellent language skills. Many of these patients do not feel that they suffer from a disorder and instead think that their brains just process information differently.

Except for some well-characterized, clearly genetic forms of autism (like Fragile X and Rett’s Syndrome), the causes of ASD are largely unknown. Variants of several genes correlate with the presence of ASD, but for any given patient, many different mutations in different genes may be required for the disease to develop. At a general level, ASD is thought to be a disease of “incorrect” wiring. Accordingly, brains of some ASD patients lack the same level of synaptic pruning that occurs in non-affected people. In the 1990s, a research paper linked autism to a common vaccine given to children. This paper was retracted when it was discovered that the author falsified data, and follow-up studies showed no connection between vaccines and autism.

Treatment for autism usually combines behavioral therapies and interventions, along with medications to treat other disorders common to people with autism (depression, anxiety, obsessive compulsive disorder). Although early interventions can help mitigate the effects of the disease, there is currently no cure for ASD.

Attention Deficit Hyperactivity Disorder (ADHD)

Approximately three to five percent of children and adults are affected by attention deficit/hyperactivity disorder (ADHD) . Like ASD, ADHD is more prevalent in males than females. Symptoms of the disorder include inattention (lack of focus), executive functioning difficulties, impulsivity, and hyperactivity beyond what is characteristic of the normal developmental stage. Some patients do not have the hyperactive component of symptoms and are diagnosed with a subtype of ADHD: attention deficit disorder (ADD). Many people with ADHD also show comorbitity, in that they develop secondary disorders in addition to ADHD. Examples include depression or obsessive compulsive disorder (OCD). (Figure) provides some statistics concerning comorbidity with ADHD.

The cause of ADHD is unknown, although research points to a delay and dysfunction in the development of the prefrontal cortex and disturbances in neurotransmission. According to studies of twins, the disorder has a strong genetic component. There are several candidate genes that may contribute to the disorder, but no definitive links have been discovered. Environmental factors, including exposure to certain pesticides, may also contribute to the development of ADHD in some patients. Treatment for ADHD often involves behavioral therapies and the prescription of stimulant medications, which paradoxically cause a calming effect in these patients.


Neurologue
Neurologists are physicians who specialize in disorders of the nervous system. They diagnose and treat disorders such as epilepsy, stroke, dementia, nervous system injuries, Parkinson’s disease, sleep disorders, and multiple sclerosis. Neurologists are medical doctors who have attended college, medical school, and completed three to four years of neurology residency.

When examining a new patient, a neurologist takes a full medical history and performs a complete physical exam. The physical exam contains specific tasks that are used to determine what areas of the brain, spinal cord, or peripheral nervous system may be damaged. For example, to check whether the hypoglossal nerve is functioning correctly, the neurologist will ask the patient to move his or her tongue in different ways. If the patient does not have full control over tongue movements, then the hypoglossal nerve may be damaged or there may be a lesion in the brainstem where the cell bodies of these neurons reside (or there could be damage to the tongue muscle itself).

Neurologists have other tools besides a physical exam they can use to diagnose particular problems in the nervous system. If the patient has had a seizure, for example, the neurologist can use electroencephalography (EEG), which involves taping electrodes to the scalp to record brain activity, to try to determine which brain regions are involved in the seizure. In suspected stroke patients, a neurologist can use a computerized tomography (CT) scan, which is a type of X-ray, to look for bleeding in the brain or a possible brain tumor. To treat patients with neurological problems, neurologists can prescribe medications or refer the patient to a neurosurgeon for surgery.

This website allows you to see the different tests a neurologist might use to see what regions of the nervous system may be damaged in a patient.

Mental Illnesses

Mental illnesses are nervous system disorders that result in problems with thinking, mood, or relating with other people. These disorders are severe enough to affect a person’s quality of life and often make it difficult for people to perform the routine tasks of daily living. Debilitating mental disorders plague approximately 12.5 million Americans (about 1 in 17 people) at an annual cost of more than $300 billion. There are several types of mental disorders including schizophrenia, major depression, bipolar disorder, anxiety disorders and phobias, post-traumatic stress disorders, and obsessive-compulsive disorder (OCD), among others. The American Psychiatric Association publishes the Diagnostic and Statistical Manual of Mental Disorders (or DSM), which describes the symptoms required for a patient to be diagnosed with a particular mental disorder. Each newly released version of the DSM contains different symptoms and classifications as scientists learn more about these disorders, their causes, and how they relate to each other. A more detailed discussion of two mental illnesses—schizophrenia and major depression—is given below.

Schizophrénie

Schizophrenia is a serious and often debilitating mental illness affecting one percent of people in the United States. Symptoms of the disease include the inability to differentiate between reality and imagination, inappropriate and unregulated emotional responses, difficulty thinking, and problems with social situations. People with schizophrenia can suffer from hallucinations and hear voices they may also suffer from delusions. Patients also have so-called “negative” symptoms like a flattened emotional state, loss of pleasure, and loss of basic drives. Many schizophrenic patients are diagnosed in their late adolescence or early 20s. The development of schizophrenia is thought to involve malfunctioning dopaminergic neurons and may also involve problems with glutamate signaling. Treatment for the disease usually requires antipsychotic medications that work by blocking dopamine receptors and decreasing dopamine neurotransmission in the brain. This decrease in dopamine can cause Parkinson’s disease-like symptoms in some patients. While some classes of antipsychotics can be quite effective at treating the disease, they are not a cure, and most patients must remain medicated for the rest of their lives.

Depression

Major depression affects approximately 6.7 percent of the adults in the United States each year and is one of the most common mental disorders. To be diagnosed with major depressive disorder, a person must have experienced a severely depressed mood lasting longer than two weeks along with other symptoms including a loss of enjoyment in activities that were previously enjoyed, changes in appetite and sleep schedules, difficulty concentrating, feelings of worthlessness, and suicidal thoughts. The exact causes of major depression are unknown and likely include both genetic and environmental risk factors. Some research supports the “classic monoamine hypothesis,” which suggests that depression is caused by a decrease in norepinephrine and serotonin neurotransmission. One argument against this hypothesis is the fact that some antidepressant medications cause an increase in norepinephrine and serotonin release within a few hours of beginning treatment—but clinical results of these medications are not seen until weeks later. This has led to alternative hypotheses: for example, dopamine may also be decreased in depressed patients, or it may actually be an increase in norepinephrine and serotonin that causes the disease, and antidepressants force a feedback loop that decreases this release. Treatments for depression include psychotherapy, electroconvulsive therapy, deep-brain stimulation, and prescription medications. There are several classes of antidepressant medications that work through different mechanisms. For example, monoamine oxidase inhibitors (MAO inhibitors) block the enzyme that degrades many neurotransmitters (including dopamine, serotonin, norepinephrine), resulting in increased neurotransmitter in the synaptic cleft. Selective serotonin reuptake inhibitors (SSRIs) block the reuptake of serotonin into the presynaptic neuron. This blockage results in an increase in serotonin in the synaptic cleft. Other types of drugs such as norepinephrine-dopamine reuptake inhibitors and norepinephrine-serotonin reuptake inhibitors are also used to treat depression.

Other Neurological Disorders

There are several other neurological disorders that cannot be easily placed in the above categories. These include chronic pain conditions, cancers of the nervous system, epilepsy disorders, and stroke. Epilepsy and stroke are discussed below.

Épilepsie

Estimates suggest that up to three percent of people in the United States will be diagnosed with epilepsy in their lifetime. While there are several different types of epilepsy, all are characterized by recurrent seizures. Epilepsy itself can be a symptom of a brain injury, disease, or other illness. For example, people who have intellectual disability or ASD can experience seizures, presumably because the developmental wiring malfunctions that caused their disorders also put them at risk for epilepsy. For many patients, however, the cause of their epilepsy is never identified and is likely to be a combination of genetic and environmental factors. Often, seizures can be controlled with anticonvulsant medications. However, for very severe cases, patients may undergo brain surgery to remove the brain area where seizures originate.

Accident vasculaire cérébral

A stroke results when blood fails to reach a portion of the brain for a long enough time to cause damage. Without the oxygen supplied by blood flow, neurons in this brain region die. This neuronal death can cause many different symptoms—depending on the brain area affected— including headache, muscle weakness or paralysis, speech disturbances, sensory problems, memory loss, and confusion. Stroke is often caused by blood clots and can also be caused by the bursting of a weak blood vessel. Strokes are extremely common and are the third most common cause of death in the United States. On average one person experiences a stroke every 40 seconds in the United States. Approximately 75 percent of strokes occur in people older than 65. Risk factors for stroke include high blood pressure, diabetes, high cholesterol, and a family history of stroke. Smoking doubles the risk of stroke. Because a stroke is a medical emergency, patients with symptoms of a stroke should immediately go to the emergency room, where they can receive drugs that will dissolve any clot that may have formed. These drugs will not work if the stroke was caused by a burst blood vessel or if the stroke occurred more than three hours before arriving at the hospital. Treatment following a stroke can include blood pressure medication (to prevent future strokes) and (sometimes intense) physical therapy.

Résumé de la section

Some general themes emerge from the sampling of nervous system disorders presented above. The causes for most disorders are not fully understood—at least not for all patients—and likely involve a combination of nature (genetic mutations that become risk factors) and nurture (emotional trauma, stress, hazardous chemical exposure). Because the causes have yet to be fully determined, treatment options are often lacking and only address symptoms.

Questions de révision

Parkinson’s disease is a caused by the degeneration of neurons that release ________.

________ medications are often used to treat patients with ADHD.

Strokes are often caused by ________.

  1. neurodegeneration
  2. blood clots or burst blood vessels
  3. convulsions
  4. virus

Why is it difficult to identify the cause of many nervous system disorders?

  1. The genes associated with the diseases are not known.
  2. There are no obvious defects in brain structure.
  3. The onset and display of symptoms varies between patients.
  4. all of the above

Why do many patients with neurodevelopmental disorders develop secondary disorders?

  1. Their genes predispose them to schizophrenia.
  2. Stimulant medications cause new behavioral disorders.
  3. Behavioral therapies only improve neurodevelopmental disorders.
  4. Dysfunction in the brain can affect many aspects of the body.

Questions de pensée critique

What are the main symptoms of Alzheimer’s disease?

Symptoms of Alzheimer’s disease include disruptive memory loss, confusion about time or place, difficulties planning or executing tasks, poor judgment, and personality changes.

What are possible treatments for patients with major depression?

Possible treatments for patients with major depression include psychotherapy and prescription medications. MAO inhibitor drugs inhibit the breakdown of certain neurotransmitters (including dopamine, serotonin, norepinephrine) in the synaptic cleft. SSRI medications inhibit the reuptake of serotonin into the presynaptic neuron.

Glossaire