Sujet: Plasticité Neuronale

[TDelrieu]

Voici un post très intéressant du Pr. Young sur la "plasticité neuronale" !

10-04-2006     
Wise Young
Administrateur du forum "CareCure"

(...) Quand j’ai obtenu mon diplôme à l'école de physiologie et biophysique dans les années 1970, le concept de plasticité était tout à fait controversé. Beaucoup de neuroscientifiques croyaient que les connexions du système nerveux central s’étaient faits pendant le développement et que peu de nouvelles connexions se font pendant la vie adulte. Il était pensé, par exemple, que le tronc cérébral et les réflexes de la moelle épinière étaient comme du "hardware". Ma thèse d'étudiant préparant mon doctorat en 1971 était sur la plasticité du système nerveux central et je n'oublie pas les disputes avec mon maître de thèse au sujet de la plasticité et du travail avec lui.

Dans ces 25 dernières années, beaucoup a changé. La plasticité est non seulement admise, mais c’est la règle dans le système nerveux. Il est stupéfiant de combien de preuves nous avons dû montrer que la plasticité existe dans le système nerveux, mais qui n’avait jamais été reconnue. Par exemple, il a été longtemps pensé que les circuits qui dirigent les mouvements d'oeil sont comme du "hardware". Mais, les opthalmologistes connaissaient depuis plus d'un siècle que vous pouvez mettre des verres de prisme sur une personne qui lui montrera le monde visuel à l’envers et la personne commutera complètement ses mouvements d'oeil verticaux de 180 degrés dans une semaine ou deux. La même chose est vraie pour presque tous les autres circuits neuraux du système nerveux central.

En 1981, comme jeune scientifique, quand j’ai observé le premier que le méthylprednisolone améliorait le rétablissement locomoteur chez des chats après une lésion de la moelle épinière, j'ai été choqué de découvrir que les chats marchaient avec seulement 10 % de la matière blanche de leur moelle épinière. Ils ne marchaient pas juste normalement, mais sautaient et faisaient des bonds. Je me souviens avoir dit cette découverte à mon directeur et il m'avait répondu que cela n’était pas possible. Il m’a dit que je n'avais pas évalué correctement les chats et que si un chat pouvait jouer du violon avec ses pattes arrières, j'entendrais une différence dans la qualité de la musique. Cependant, j'ai vu des moelles épinières de gens après la chirurgie. Un neurochirurgien du “NYU Medical Center“ avait enlevé des tumeurs de moelles épinières d’enfants. Une fois fini, la moelle épinière restante était si mince qu’elle était translucide, comme la tranche la plus mince d’un saumon fumé. Pourtant, ces gosses marchaient en sortant de l'hôpital. C’est vrai qu'ils ne pouvaient pas marcher dans l'obscurité et devaient regarder par terre quand ils marchent (parce que la fonction proprioceptive est une fonction qui exige de l'information et ne peut pas être substituée par la seule plasticité). Néanmoins, il était souvent difficile de dire si quelqu'un avait perdu 90 % de sa moelle épinière juste en le regardant marcher.

La plasticité est la raison pour laquelle les gens avec une lésion de la moelle épinière "incomplète" récupèrent tant de fonctions. Cela prend au système nerveux de nombreux mois et beaucoup d’exercices pour se réorganiser, mais cela peut ainsi rétablir de remarquables fonctions avec relativement peu de connexions. Ce n'est pas si étonnant quand on considère le système nerveux de la mouche. Vous êtes-vous demandés comment une mouche peut voler avec un système nerveux si minuscule? Elles sont capables d'acrobatie aérienne complexe avec un système nerveux central qui consiste en guère plus de plusieurs milliers de neurones. La moelle épinière humaine a peut-être 20 millions d’axones qui connectent le cerveau et la moelle épinière inférieure. On peut perdre 90 % de ces axones et toujours fonctionner remarquablement bien.

Pendant une longue période, je me suis questionné et suis venu à l'hypothèse suivante. La régénération n'est pas un bon mécanisme pour le rétablissement fonctionnel pour des buts de survie (Ndt : dans l’évolution des espèces). Cela prend aux axones trop longtemps pour pousser, pas plus d'un millimètre par jour. Pour les grands animaux, comme les humains, la régénération peut prendre beaucoup de mois ou années. Pendant cette période de temps, les animaux ne pouvaient pas s’enfuir en courant, attraper des proies pour s'alimenter, ou se reproduire. Donc, la régénération n'avait aucune chance de se développer comme un mécanisme de rétablissement. Au lieu de cela, les vertébrés ont développé deux mécanismes pour le rétablissement fonctionnel. Le premier est une protection osseuse très sophistiquée pour protéger la moelle épinière. L'efficacité de cette protection est illustrée par le fait que plus d'un million de coups du lapin arrivent dans des accidents automobiles chaque année (Ndt: aux Etats-Unis), mais moins de 10 000 personnes ont des dégâts significatifs à leur moelle épinière. Le deuxième mécanisme est la redondance de connexions. Nous pouvons perdre 90 % de notre moelle épinière et récupérer encore la locomotion et d'autres fonctions.

Quand j’ai commencé à travailler sur la régénération de la moelle épinière, j'ai été inquiété par la spécificité des fibres nerveusesen recroissance. Cependant, il est rapidement devenu apparent que cela n’était pas un problème. Tant que nous faisons repousser les axones jusqu’en bas dans la région à reconnecter, le système nerveux central peut apprendre à utiliser ces axones pour réaliser la fonction motrice désirée. C'est l’une des raisons pourquoi je suis si optimiste dans le fait que des thérapies régénératrices reconstitueront la fonction dans les essais cliniques humains, et aussi pourquoi la rééducation fonctionnelle est une partie essentielle de la guérison.

Wise.

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04-10-2006, 03:14 PM     
Wise Young
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(…) When I went to graduate school in physiology & biophysics in the 1970's, the concept of plasticity was quite controversial. Many neuroscientists believes that connections of the central nervous system were made during development and few or limited new connections were made during adult life. It was thought, for example, that brainstem and spinal cord reflexes were "hardwired". My undergraduate thesis in college in 1971 was about plasticity of the central nervous system and I remember arguing with my Ph.D. mentor about plasticity and going to work with him.

In the last 25 years, much has changed. Plasticity not only occurs but is the rule in the nervous system. It is astonishing how much information we had to show that plasticity exists in the nervous system but never recognized it. For example, it was long thought that circuits that govern eye movements are hardwired. But, opthalmologists have known for over a century that you can put prism glasses on a person that turns the visual world upside down and the person will completely switch his/her vertical eye movements 180 degrees within a week or two. The same is true for almost all other neural circuits of the central nervous system.

In 1981, as a young scientist, when I first observed that methylprednisolone improved locomotor recovery in cats after spinal cord injury, I was shocked to find out that cats were walking with only than 10% of their spinal cord white matter. They were not just walking normally but jumping and leaping. I remember telling my mentor this finding and he told me that it could not be. He said that I was not testing the cats properly and that if a cat could play a violin with its hindlegs, I would hear a difference in the quality of the music. Then, I saw the spinal cords of people after surgery. A neurosurgeon at NYU Medical Center was taking tumors from the spinal cords of kids. By the time he finished, the remaining spinal cord was so thin, it was translucent, like the thinnest slice of lox. Yet, these kids were walking out of the hospital. It is true that they cannot walk in the dark and must look at ground when they walk (because proprioceptive function is one function that requires information and cannot be substituted by plasticity alone). Nevertheless, it was often hard to tell when somebody had lost 90% of their spinal cord just be looking at the way they walked.

Plasticity is the reason why people with "incomplete" spinal cord injury recover so much function. It takes the nervous system time many months and lots of practice to reorganize but it can do so to restore remarkable function with relatively few connections. It is perhaps not so amazing considering the nervous system of the fly. Have you ever wondered how a fly can fly with such a tiny nervous system? They are capable of the most complex aerial acrobatics with a central nervous system that probably consist of no more than several thousand neurons. The human spinal cord has perhaps 20 million axons connecting the brain and the lower spinal cord. It can lose 90% of these axons and still function remarkably well.

For a long time, I wondered about this and have come to the following hypothesis. Regeneration is simply not a good mechanisms for recovery of function for the purposes of survival. It takes axons too long to grow, no more than a mm per day. In large animals, such as humans, regeneration may take many months or years. During this period of time, the animals cannot run away, catch food, or reproduce. Therefore, regeneration never had a chance to evolve as a mechanism of recovery. Instead vertebrates developed two mechanisms for recovery of function. The first is a very sophisticated bony shield to protect the spinal cord. The effectiveness of this shield is illustrated the the fact that over a million whiplashes occur in automobile accidents per year but less than 10,000 people get significant damage to their spinal cord. The second is redundancy of connections. We can lose 90% of our spinal cord and still recover locomotion and other functions.

When I first started working on regeneration of the spinal cord, I was worried about specificity of regrowing fibers. However, it rapidly became apparent that it doesn't matter. As long as we get the axons down to the region to reconnect, the central nervous system can learn to use those axons to achieve desired motor function. It is one of the reasons why I am so optimistic that regenerative therapies will restore function in human clinical trials and why rehabilitation is an essential part of the cure.

Wise.