Neurosciences des systèmes et des circuits
Les neurosciences des systèmes et des circuits étudient comment les populations de neurones sont organisées en systèmes et circuits fonctionnels qui perçoivent le monde, génèrent le mouvement et modulent l'émotion et l'éveil. C'est le niveau d'analyse qui se situe entre les neurosciences cellulaires et moléculaires (en dessous) et la cognition et le comportement (au-dessus), cherchant à comprendre comment les voies anatomiques et les schémas d'activité neuronale donnent naissance à la perception, à l'action et à l'état interne.
Definition
Les neurosciences des systèmes et des circuits sont l'étude de la structure et de la dynamique des circuits neuronaux définis et des systèmes à grande échelle, reliant la connectivité anatomique et l'activité physiologique aux fonctions sensorielles, motrices, affectives et de régulation de l'état.
Scope
Ce domaine oriente le lecteur vers les principaux systèmes fonctionnels du système nerveux : les systèmes visuel, moteur, somatosensoriel, limbique et attentionnel ou d'éveil. Il s'agit d'un aperçu de référence à visée éducative qui encadre les entrées thématiques détaillées qu'il contient ; il ne constitue pas une directive clinique et n'aborde ni le diagnostic ni le traitement.
Sub-topics
Core questions
- Comment les entrées sensorielles sont-elles transformées le long de voies organisées en représentations perceptives ?
- Comment les circuits moteurs planifient-ils, sélectionnent-ils et exécutent-ils le mouvement ?
- Comment l'émotion, la motivation et l'éveil sont-ils régulés par des circuits distribués et des systèmes neuromodulateurs ?
- Comment les architectures de circuits hiérarchiques et parallèles soutiennent-elles ces fonctions ?
Key concepts
- Cartes topographiques et somatotopiques
- Champs récepteurs et sélectivité aux caractéristiques
- Traitement hiérarchique et parallèle
- Boucles cortico-ganglions de la base-thalamocorticales parallèles
- Systèmes neuromodulateurs et d'éveil
- Réseaux cérébraux à grande échelle et connectivité
Mechanisms
Les systèmes fonctionnels sont construits à partir de circuits dans lesquels des connexions anatomiques ordonnées imposent des calculs sur l'activité neuronale. Les systèmes sensoriels projettent les surfaces réceptrices sur le cortex de manière topographique et extraient des caractéristiques progressivement plus complexes le long des voies hiérarchiques, comme l'ont montré Hubel et Wiesel pour le cortex visuel et Mountcastle pour le cortex somatosensoriel. Les fonctions motrices et limbiques dépendent en partie de boucles parallèles, partiellement ségréguées, passant par les ganglions de la base et le thalamus, telles que décrites par Alexander et ses collègues. À la plus grande échelle, ces circuits forment des réseaux structurels et fonctionnels dont l'organisation peut être analysée à l'aide de méthodes issues de la théorie des graphes, comme résumé par Bullmore et Sporns.
Clinical relevance
Les systèmes décrits ici sous-tendent la neurologie clinique et la psychiatrie : les troubles de la vision, du mouvement, de la sensation, de l'émotion et de l'éveil correspondent à un dysfonctionnement de circuits spécifiques. Cette entrée explique l'organisation normale de ces systèmes comme base pour la compréhension des maladies ; il s'agit d'un matériel de référence éducatif et non d'une base pour un diagnostic ou un traitement individuel.
Evidence & guidelines
La base de connaissances des neurosciences des systèmes repose sur des preuves convergentes issues de l'électrophysiologie unitaire, du traçage anatomique des voies, des études de lésions et de la neuroimagerie humaine, plutôt que sur des essais cliniques. Des études primaires fondamentales (par exemple Mountcastle et Hubel et Wiesel) ont établi l'organisation colonnaire et topographique du cortex, et les analyses de réseaux modernes les intègrent dans des descriptions au niveau des systèmes ; les traitements de référence standard se trouvent dans les manuels complets de neurosciences.
History
Les neurosciences des systèmes sont nées des efforts des XIXe et XXe siècles pour localiser les fonctions dans le cerveau et cartographier les voies sensorielles et motrices. Les enregistrements unitaires du milieu du XXe siècle réalisés par Mountcastle dans le cortex somatosensoriel et par Hubel et Wiesel dans le cortex visuel ont révélé l'organisation colonnaire et hiérarchique du cortex sensoriel, tandis que des travaux ultérieurs sur les boucles des ganglions de la base et, plus récemment, sur la connectomique à grande échelle ont étendu le champ d'étude des circuits individuels aux réseaux cérébraux entiers.
Key figures
- Vernon Mountcastle
- David Hubel
- Torsten Wiesel
- Garrett Alexander
- Olaf Sporns
Related topics
Seminal works
- mountcastle-1957
- hubel-wiesel-1968
- alexander-1990
Frequently asked questions
- En quoi les neurosciences des systèmes diffèrent-elles des neurosciences cellulaires ou moléculaires ?
- Les neurosciences cellulaires et moléculaires étudient les neurones individuels, les synapses, ainsi que les gènes et les molécules qu'ils contiennent, tandis que les neurosciences des systèmes et des circuits étudient comment des groupes de neurones sont connectés entre eux pour former des circuits et des systèmes qui remplissent des fonctions telles que la vision, le mouvement ou la régulation des émotions.
- Qu'est-ce qui constitue un « système » dans le système nerveux ?
- Un système neural est un ensemble de structures interconnectées qui, ensemble, remplissent une fonction cohérente, comme le système visuel, le système moteur ou le système limbique ; chacun est étudié comme une voie organisée avec des entrées, des transformations et des sorties caractéristiques.