lundi 1 septembre 2008
la lettre d'information du site N°71
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Why we sleep: the temporal organization of recovery
Mignot E.
PLoS Biol.
Maladaptation and the Paradox of Robustness in Evolution
Frank SA
2007;2(10): e1021.
Balancing Robustness and Evolvability
Lenski RE, Barrick JE, Ofria C
PLoS Biol
2006;4(12): e428
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.
La voie dento-olivaire: sa mise en évidence, son trajet, sa signification
Lapresles J.
Bull Acad Nat Med
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)

Fetal yawning 12 weeks pregnant
Bâillement foetal à 12 s de grossesse
12 semaines

fetal yawning 13 weeks
voir la video  Dr Walusinski ©

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
stanley finger
aphorismes boerhaave

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.
albrecht von haller
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.

Paul Sollier (1861-1933)
parle du bâillement
L'hystérie et son traitement 1901
Neurologie de guerre 1918
La répression mentale 1930
paul sollier
A Monsieur le docteur Sollier,
Hommage de profonde et respectueuse reconnaissance
Marcel Proust
To Doctor Sollier
Tribute of deep and respectful gratitude
Marcel Proust

In Search of a Lost Neuropsychiatrist : Paul Sollier
Olivier Walusinski
Julien Bogousslavsky
La Revue Neurologique. 2008;164:8:F239-247
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.
paul sollier
A la recherche du neuropsychiatre perdu : Paul Sollier
Olivier Walusinski
Julien Bogousslavsky
La Revue Neurologique. 2008;164:8:xxx-xxxx
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.

Le bâillement, du réflexe à la pathologie Le bâillement : de l'éthologie à la médecine clinique Le bâillement : phylogenèse, éthologie, nosogénie  Le bâillement : un comportement universel La parakinésie brachiale oscitante Yawning: its cycle, its role Warum gähnen wir ?   Fetal yawning assessed by 3D and 4D sonography Le bâillement foetal Le bâillement, du réflexe à la pathologie Le bâillement : de l'éthologie à la médecine clinique Le bâillement : phylogenèse, éthologie, nosogénie  Le bâillement : un comportement universel La parakinésie brachiale oscitante Yawning: its cycle, its role Warum gähnen wir ?   Fetal yawning assessed by 3D and 4D sonography Le bâillement foetal

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Résultats du sondage
 au 31 août 2008
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Nombre de questionnaires remplis : 3129
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.
Le problème de la mémoire
Paul Sollier 1900
écrits et réalisés par
le Dr Walusinski
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