Homeostasis (the
"wisdom of the body" according to the physiologist Walter
Cannon) is the body's ability to maintain relatively
stable internal conditions in the presence of continuous
change in the external world. The literal translation of
homeostasis is "unchanging"; however, the term does not
actually mean a static, or unchanging state. Instead, it
indicates a dynamic state of equilibrium, in which
internal conditions can change, but always within
relatively narrow limits. Maintaining homeostasis is much
more complex than it appears at first glance. Virtually
every organ system plays a role in maintaining the
constancy of the internal environment. A variety of
neural, thermal and chemical factors interact in a
complex manner to maintain homeostasis and this should be
kept in mind when attempting at changing bodily
conditions drastically. In particular, the fact that most
homeostatic control mechanisms are negative feedback
mechanisms should be stressed. The net effect of such
systems is that the output of the system decreases the
original stimulus (e.g., lowering ambient temperature)
thereby causing the variable (e.g., body temperature) to
change in a direction opposite to that of the initial
change in order to return to its "ideal"
value.
Biological networks
and the Internet may share common architectural
principles common to "robust yet fragile" systems. But
the Internet does not (yet) repair itself while cells or
tissues do. Repair may represent an example of "downward
causation" in which a high-level functional property (eg
repair activity) emerging from a multi-component system
(eg the DNA repair machinery) acts on a component at a
lower level of organization (eg one nucleotide). In other
words, could repair be considered as an example of a
"cross-scale" feedback motif? Can these types of motifs
be generalized and how would they evolve? The topic could
in fact be extended to the field of synthetic biology:
how to assemble synthetic systems with self-repair
capability?
Yawning and the
paradox of robustness in Evolution
With the help of E. Mignot and SA. Frank :
Organisms use a variety of mechanisms to protect
themselves against perturbations. For example, repair
mechanisms fix damage, feedback loops keep homeostatic
systems at their set-points, and biochemical filters
distinguish signal from noise. Such buffering mechanisms
are often discussed in terms of robustness, which may be
measured by reduced sensitivity of performance to
perturbations.
The paradox of robustness arises from evolutionary
dynamics: enhanced robustness causes an evolutionary
reduction in the adaptive performance of the target
character, leading to a degree of maladaptation compared
to what could be achieved by natural selection in the
absence of robustness mechanisms. Over evolutionary time,
buffering traits may become layered on top of each other,
while the underlying adaptive traits become replaced by
cheaper, lower performance components. For example: the
release of subcortical structures from cortical
inhibition is classically proposed to explain certain
automatic or reflex activities occurring experimentally
in decorticate animals or following stroke in humans.
This is the case for palatal myoclonus, or palatal tremor
(Lapresle, 1984),
caused by destruction of the central tegmental tract,
allowing uncontrolled activity in the olivary body and,
in turn, the palate's rhythmic movement. This amounts to
a re-emergence of the structure's phylogenetically
branchial function.
The paradox of robustness has widespread
implications for understanding organismal
design.
E. Mignot writes: "Internal stability (homeostasis),
whether at the cellular or organismal level, is a
prerequisite for life, yet is constantly challenged by
external factors. Homeostatic systems must thus be robust
and maintain "safety factors": excess capacity to protect
against failure in the face of unpredictable
perturbations.
Robust homeostasis, once achieved, is difficult to
remove and leads to a reduced adaptive potential, as it
limits the dynamic range of variation. Additional
adaptive mechanisms such as redundancy, modularity, and
positive and negative feedback loops are then layered on
top of prior homeostatic traits, eventually evolving into
an even more robust, more efficient trait. Such a model
could explain why sleep (or circadian regulation), once
it has evolved, has been a constant phenomenon across
evolution. It may also explain why wake- or
sleep-promoting neuronal networks (and molecular
networks) are layered onto each other, and why discrete
brain regions never abolish sleep, as robustness to
damage can be achieved through a hierarchical cluster
organization with only a few highly connected
nodes."
Homeostatic and circadian metabolism's regulations
are intimately linked. It is admitted that NREM sleep has
localised restorative effects (cortex). It is speculate
that REM sleep, although corresponding to an increased
energy expanditure, have a similar role in some non
cortical regions. E. Mignot predicts that recovery in
sleep-promoting networks will occur during wake.
Yawning looks like what ethology appoints a
maintenance behavior (See letter
70). Highly stereotypical, it is observed in
cold-blooded and warm-blooded vertebrates, from reptiles
with rudimentary, "archaic" brains to human primates, in
water, air and land environments. Yawning appears as an
ancestral vestiges surviving throughout evolution with
little variation.
Systematic and coordinated pandiculations occur in a
compound pattern of almost identical general form among
them, during the transition's behaviors occuring with
different cyclic life's rhythms: sleep-arousal, feeding
and reproduction. This kinesis appears as one undirected
response to an inner stimulation, underlying the
homeostasis of these three behaviors. At the molecular
and antomical levels, it be still required to knew why
and which molecule(s) accumulate during the awake period
and the sleeping time, before and after feeding, before
and after mating needs. How and why yawning has a
restorative power of what? (Adenosine and prostaglandine
D2 stay as good candidates). Yawning appears as a good
example of robustness in Evolution.
Le
bâillement et le paradoxe de la stabilité
dans l'Evolution
Avec l'aide de E. Mignot and SA. Frank :
Les organismes vivants disposent d'une grande
variété de mécanismes pour se
protéger eux-mêmes des perturbations de leur
milieu intérieur. Par exemple: réparation
des lésions tissulaires, mécanismes
homéostasiques ramenant les systèmes
à leur point d'équilibre, filtres
biochimiques distingant le signal au milieu "du bruit
ambiant". Ces mécanismes tampons sont souvent
présentés et discutés en termes de
stabilité, de résistance, qui peuvent se
mesurer en sensibilité réduite à
leur dégradation et de grande fiabilité
lors de perturbations du milieu intérieur.
Le paradoxe de la stabilité biologique
provient de la dynamique même de l'Evolution:
l'augmentation de la stabilité (sa
solidité) réduit d'autant les
capacités évolutives des
propriétés biologiques, entraînant,
par là, un certain degré de maladaptation
en comparaison des possibilités de la
sélection naturelle en libre cours
évolutif. Au cours du Temps, la nature a donc
été obligée de superposer des traits
adaptatifs nouveaux plus performants en inhibant
l'activité de fonctions plus anciennes moins
adpatées mais stables.
Par exemple: la libération de
l'activité des structures sous-corticales par la
levée de l'inhibition corticale est
proposée, classiquement, pour expliquer certaines
activités automatiques ou réflexes,
expérimentalement chez l'animal
décortiqué ou chez l'homme, lors
d'accidents vasculaires cérébraux. C'est le
cas pour la myoclonie ou nystagmus du voile du palais
(Lapresle, 1984)
où une destruction du faisceau central de la
calotte permet une activité non
contôlée de l'olive bulbaire, responsable de
l'activité rythmique du voile,
réémergence fonctionnelle de l'origine
phylogénétiquement branchiale de cette
structure.
Ce paradoxe de stabilité biologique a de
vaste conséquences qu'il faut connaître pour
comprendre l'anatomie et la physiologie des organismes
vivants.
E. Mignot écrit: "La stabilité du
milieu intérieur (homéostasie), tant
à l'échelle cellulaire qu'à celle de
l'organisme en entier, est un pré-requis
indispensable à la vie et, pourtant, sans cesse
remis en cause par le milieu et des facteurs
extérieurs. C'est pourquoi les systèmes
assurant l'homéostasie doivent être fiables,
stables et robustes, "véritable assurance survie":
souvent redondants, ils montrent des capacités
puissantes, apparaissant souvent surdimensionnées,
mais ainsi capables de faire face à des
perturbations sévères
imprévisibles.
Une homéostasie puissamment performante, une
fois en place, est très difficile à faire
disparaitre et conduit donc à un potentiel
adaptatif réduit. Ceci permet de comprendre
pourquoi nous sommes amenés à
découvrir une superposition de systèmes
redondants, modulaires, avec des boucles de feedback, et
paradoxalement de plus en plus complexes,
résistants, et efficaces. Un tel modèle
permet d'appréhender pourquoi le sommeil (ou la
régulation circadienne), une fois apparu, est
constamment retrouvé tout au long de l'Evolution.
Il peut aussi expliquer pourquoi les systèmes
d'éveil et ceux d'installation du sommeil
(à l'échelle des réseaux comme
à l'échelle moléculaire) sont
superposés les uns sur les autres, pourquoi une
très petite zone du cerveau maintient le sommeil
à tous prix. Ainsi la résistance aux
dommages peut se réaliser à travers une
organisation en réseaux redondants partageant
seulement quelques noeuds hautement
connectés."
Les régulations homéostasiques et
circadiennes du métabolisme sont intimement
liées. Il est admis que le sommeil profond a des
propriétés de récupération
pour le cortex. Il est supposé que le sommeil
paradoxal, bien que grand consommateur d'énergie
(le paradoxe), a la même fonction pour des
régions sous-corticales. E. Mignot pense que les
systèmes de sommeil "récupèrent"
pendant l'éveil.
Le bâillement est un comportement
stéréotypé, évoquant ce que
l'éthologie nomme une activité substitutive
(Voir lettre 70).
Phylogénétiquement ancien, il est
présent chez les vertébrés à
sang froid et à sang chaud, des reptiles au
cerveau rudimentaire, dit archaïque, jusqu'aux
primates humains, dans le monde marin, aérien et
terrestre. Le bâillement apparait comme un vestige
évolutif ancestral survivant sans variation
notable.
Les épisodes de bâillements et
pandiculations, tout en gardant un aspect
identique, apparaissent lors des états
transitionnels survenant de façon
périodique au cours de la Vie:
éveil-sommeil, satiété,
sexualité. Ils témoignent d'une
réponse, sans but apparent, répondant
à des stimulations internes et
extériorisent les mécanismes
homéostasiques de ces trois comportements. Ainsi,
le bâillement apparaît comme une bonne
illustration de la résistance (robustness) de
l'homéostasie à l'Evolution.
Au niveau moléculaire et anatomique, il reste
encore à déterminer quelle(s)
molécule(s) s'accumule (et pourquoi) durand les
périodes d'éveil et de sommeil, avant et
après les repas, avant et après
l'accouplement. Comment et pourquoi le bâillement a
t-il un effet de dynamisation récupératrice
et de quoi? (Adénosine, prostaglandine D2 sont
candidats)
Quand le bâillement
décore une place publique grâce à un
écran géant de cinéma en plein
air!
Brain, Mind
and Medicine
Whitaker H, Smith CUM, Finger S
Essays in
Eighteenth-Century Neuroscience
Readers know well the recent outpouring of books
about brain function, consciousness, cognition, and the
relationship between brain and behavior. What has been
lacking until now has been a solid but accessible
historical overview of the knowledge's
foundations...
Ideas we associate with the 18th century are clearly
seen in work published from the latter decades of the
17th century through the first decades of the 19th
century. This is the "long 18th century", a period which
exhibits multiple discourses in medicine, brain science
and philosophy.
This collection of essays reflect a range of current
thought about 18th century-studies of the nervous system
in isolation and in context. There are six sections, each
preceded by a short introduction.
We particularely appreciate the third section which
contains a series of papers focusing on the nervous
system, with an exegesis of John Hunter's work, the
contributions of William Cullen
and Robert Whytt, a detailed
analysis of the physiological and anatomical work of
Pourfour du Petit, the debate between Albrecht
Haller and Robert Whytt concerning the mechanism of
muscle contraction and two essays on developments in
animal electricity during this epoch,
The fifth section opens with an essay on the
neuroscientific ideas of Hermann
Boerhaave and Albrecht
Haller, then a discussion of the evolution of our
understanding of strokes in this epoch.
A fascinating reading for all those who are
interested in the history of neurosciences.
Les livres consacrés aux fonctions
cérébrales, à la conscience, la
mémoire, aux relations entre le corps et l'esprit
sont nombreux, et de nouveaux paraissent
régulièrement. Mais curieusement, il y a
fort peu de livres retraçant l'évolution
des connaissances, d'un point de vue historique, pour
chacun de ces domaines. Cette lacune est comblé
par ce beau livre, très complet, consacré
aux bases des concepts qui ont fleuris depuis le
XVIII° siècle des Lumières.
Entre autres, la lecture du cinquième chapitre
montre comment les idées neuroscientifiques de
Hermann Boerhaave et d'
Albrecht Haller ont jeté
les bases du concept de réflexe, de la
transmission d'informations à travers l'organisme
(Les sympathies) et comment était conçu,
à cette époque, ce que nous nommons
accident vasculaire cérébral. Une lecture
captivante pour tous ceux qui s'intéressent
à l'histoire des neurosciences.
While largely overlooked, Paul
Sollier's writings are now being re-discovered, showing
an extraordinarily modern conceptual thinking. Paul
Sollier (1861-1933) at the time was considered the most
gifted pupil of Jean-Martin Charcot,
together with Jospeh Babinski.
Because of his interest in psychology, unique at the time
for a neurologist, but also his opposition to the leading
figure in psychiatry Pierre Janet, Sollier was never well
accepted by his contemporary neurologists and
psychiatrists. He could not follow an academic career and
was never elected to the Académie de
Médecine, despite several applications. His
scientific and clinical interests encompassed classical
neurological syndromes, but also hysteria, memory,
emotions, and mental retardation, where he was the
precursor of the development of the intellectual ratio.
Already in the 1890s, he developed cognitive-behavioral
therapies, which he applied to his most famous patient
Marcel
Proust. Proust largely
inspired himself from Sollier's « The Problem of
Memory » (1900) for his emphasis on involuntary
memory in his novel « In Search of Lost Time ».
Sollier can be considered as one of the first
neuropsychologists, and deserves the present renewed
interest in his work.
Relire les écrits de Paul
Sollier (1861-1933) aujourd'hui, c'est
s'émerveiller d'une pensée conceptuelle
extrêmement moderne. Elève de JM.
Charcot,
exclu de la voie universitaire, il utilisa sa riche
pratique psychiatrique pour bâtir une oeuvre
variée abordant, entre autres, la mémoire,
les émotions, l'hystérie, le retard mental.
Ses thérapeutiques originales indiquent qu'il
avait conçu, déjà en 1893, la prise
en charge cognitivo-comportementale de ses malades dont
le plus célèbre fut Marcel
Proust.
Considérer Paul Sollier comme un des tous premiers
neuro-psychologues, c'est légitimer une oeuvre
qu'il faut maintenant sortir de l'oubli.
Combien de fois
bâillez-vous par jour ? <5 = 24,3%.. 5-10 =
24,6%.. 10-15 = 15.4%.. 15-20 = 9,5%.. >20 =
26,2%
Ressentez-vous des
baillements excessifs ?
60,9% = non, tant
mieux
31,5% = oui et je ne
sais pas pouquoi
8,2% = oui et je prends
des antidépresseurs
1% = oui et je prends
des anti-épileptiques
5,2% = oui et je prends
d'autres médicaments
2,5% = oui et j 'ai des
troubles neurologiques
2,3% = oui et j 'ai des
troubles hormonaux
1,8%
= oui et j 'ai des tics moteurs
1,6% = oui et j 'ai des
tocs
déclenchez-vous
facilement le bâillement d'autrui ? 75,2%
êtes-vous sensible
au bâillement d'autrui ? 71,9%
Chercher à
résoudre un problème psychologique, c'est
instruire un véritable procès où
l'accusé est l'esprit et le délit un
phénomène psychique dûment
constaté.
Trying to solve a psychological
problem is to file a true lawsuit where the accused is
the spirit and the offence a duly noted psychic
phenomenon.
