Neuroanatomie et Fonctionnalités du Système Nerveux

Neuroanatomie Fonctionnelle

On associe à chaque structure cérébrale une fonction.

A- Organisation du Système Nerveux (introduction)

I- Anatomie générale

Les différentes classifications du Système Nerveux (SN) :

• Classification fonctionnelle :

  • SN somatique : Gère l'appareil locomoteur.

  • SN autonome : Contrôle les organes internes.

• Classification anatomique :

  • SN central (SNC) : Protégé par des structures osseuses (cerveau et moelle épinière).

  • SN périphérique (SNP) : Disséminé dans tout le corps, en relation avec le SNC.

Représentation générale du Système Nerveux

Le SN somatique (ou somato-moteur) est chargé des relations avec l'environnement en contrôlant l'appareil locomoteur (muscles striés ou squelettiques).

Le SN autonome contrôle le fonctionnement des organes internes (viscères) afin de l'adapter en permanence aux besoins de l'organisme.

Cette division fonctionnelle s'ajoute à la division anatomique SNC / SNP mais ne s'y superpose pas : les structures nerveuses participant aux SN autonome et somatique appartiennent aux deux composantes anatomiques : SNC et SNP.

Le SN somatique :

Permet d'interagir avec le monde extérieur en participant entre autres à l'équilibre et la motricité. Pour cela, l'innervation somatique commande le tonus et la contraction des muscles du squelette.

Le SN autonome :

Contrôle les grandes fonctions physiologiques : reproduction, digestion, circulation, respiration... en innervant les organes internes.

Il possède deux types d'innervations : activatrice et inhibitrice de l'organisme.

Classification anatomique

Le Système Nerveux Périphérique (SNP)

Organisation anatomique :

• Les ganglions : Regroupent les corps cellulaires des neurones.

• Les nerfs crâniens (12 paires) et rachidiens (ou spinaux, 31 paires) et leurs très nombreuses ramifications.

Fonction :

• Relie le SNC au reste de l'organisme.

• Véhicule des informations sensitives ou afférentes (des organes vers le SNC) et motrices ou efférentes (du SNC vers les organes).

Coupe transversale d'un ganglion du SNP

Dans un ganglion, les zones des neurones sont isolées les unes des autres par des cellules de Schwann.

Les neurones émettent généralement dans une direction une dendrite et dans l'autre un axone.

Structure d'un nerf

• Chaque fibre nerveuse (myélinisée ou non) est entourée d'une matrice : l'endonèvre.

• Les fibres se regroupent en fascicule entouré d'un périnèvre.

• Le nerf est constitué par plusieurs fascicules rassemblés dans l'épinèvre.

Le Système Nerveux Central (SNC)

Organisation anatomique :

• Le cerveau et la moelle épinière.

• Protégés par les méninges (membranes) et des os (les vertèbres et la boîte crânienne).

Fonction :

• Reçoit et analyse les signaux corporels et environnementaux (sensoriels).

• Élabore, en retour, des impulsions motrices assurant le bon fonctionnement de l'organisme et son adaptation à l'environnement.

Orientation des axes et coupes anatomiques

Les fibres nerveuses myélinisées constituent la substance blanche. Dans la substance grise, on retrouve les corps cellulaires des neurones, soit à la surface du cerveau (cortex), soit sous forme d'amas en profondeur (noyaux).

II- Structures annexes

Les méninges :

Une barrière protectrice composée de trois membranes, de l'intérieur vers l'extérieur :

• La pie-mère

• L'arachnoïde

• La dure-mère

Le liquide céphalo-rachidien (LCR) est une couche de liquide qui fournit une protection et un amortisseur pour le tissu nerveux.

Irrigation sanguine de l'encéphale

La barrière hémato-encéphalique est constituée de cellules endothéliales vasculaires et d'astrocytes.

Rôles :

• Isole les neurones de la circulation sanguine.

• Filtre le passage des molécules entre le sang et le SN.

B- Neurogénèse

I- Induction neurale

Au 17e jour de développement (E17), l'embryon est composé de 3 feuillets cellulaires : l'endoderme, le mésoderme et l'ectoderme.

Le mésoderme sécrète des protéines vers l'ectoderme, entraînant la différenciation de l'ectoderme dorsal en tissu nerveux embryonnaire : le neurectoderme (au 18e jour). Ce phénomène est l'induction neuronale.

II - Le tube neural

Le neurectoderme évolue selon un axe rostro-caudal pour donner en 4 étapes une ébauche primitive des SNP et SNC :

1. La plaque neurale

2. La gouttière et les crêtes neurales

3. Le tube neural primaire

4. Le tube neural secondaire

Le tube neural est une structure creuse.

25 jours après la conception, le tube neural débute sa formation. En fin de période embryonnaire (organogenèse), les structures anatomiques de base du SN sont établies (10e semaine). Elles se développent pendant la période fœtale et la petite enfance. À 6 ans, le cerveau atteint 90% de son volume final. À 25 ans, il est complètement mature.

Les crêtes neurales donneront le futur système nerveux périphérique.

La migration des cellules des crêtes neurales

Les cellules des crêtes neurales migrent dans tout le corps puis se rassemblent en amas : les futurs ganglions d'où partiront les fibres nerveuses du SNP connectant les organes au SNC.

III- La différenciation du tube neural encéphalique

À l'intérieur, tout est en continuité. Les trous de Monro permettent la communication.

Le système cavitaire

• La cavité du tube neural devient le système cavitaire au stade "5 vésicules".

• Tapissée de cellules épendymaires (contrôlent les échanges entre le système cavitaire et le tissu nerveux).

• Rempli de liquide céphalo-rachidien (LCR) produit par les cellules choroïdiennes.

• Les cellules choroïdiennes se situent dans les plexus choroïdiens sur la paroi des ventricules hémisphériques 3 et 4.

• Le LCR s'écoule du système cavitaire vers l'espace inter-méningé (entre les méninges) par 3 orifices du 4e ventricule : les trous de Luschka (2) et Magendie (1).

Maturation des différentes régions du SNC

IV- Évènements cellulaires de la neurogenèse

Apparition des lignées cellulaires gliale et neuronale.

• Le neurectoderme contient des cellules progénitrices : cellules souches et des cellules précurseurs neuronaux et gliaux.

Prolifération :

• Les cellules souches et précurseurs se multiplient à très grand rythme dans l'épithélium neuro-germinatif.

• Les précurseurs neuronaux perdent leur capacité mitotique en devenant des neurones embryonnaires.

• La production de cellules pendant le développement est excédentaire.

Très tôt dans la vie, les neurones ne pourront plus se diviser.

Migration

• Les neurones embryonnaires migrent vers leurs sites fonctionnels : cortex et noyaux pour le cerveau, ganglions pour le SNP.

• Dans le tube neural médullaire, les neurones se rassemblent autour du canal de l'épendyme (cavité du TN médullaire) = migration réduite.

• Dans le cerveau, les neurones migrent de l'épithélium neuro-germinatif situé au bord des ventricules vers la surface externe (futur cortex).

• Migration guidée par des prolongements produits par des cellules de la glie radiaire.

La migration s'arrête plus en profondeur pour les neurones qui formeront les noyaux cérébraux.

Agrégation

• Les somas neuronaux se rassemblent en couches (cortex) ou en agrégats (noyaux et ganglions).

• L'agrégation des somas neuronaux constitue la substance grise.

Neuritogenèse

La pousse des fibres nerveuses, les névrites (axones et dendrites).

• Les neurites s'allongent par leur extrémité : le cône de croissance.

Guidage par des protéines de la matrice extracellulaire et des facteurs de croissance : les neurotrophines, sécrétées par les cellules cibles.

Synaptogenèse : formation des synapses

• Les cônes de croissance contactant des neurones-cibles se transforment en terminaisons synaptiques.

• Cette transformation dépend des neurotrophines sécrétées par les cellules cibles.

• L'établissement des contacts synaptiques est excédentaire.

• Les neurites ne trouvant pas de cible disparaissent, entraînant l'élimination des fibres excédentaires.

Mort neuronale

• Les neurotrophines sont aussi des facteurs de survie pour les neurones.

• Les neurones sans contact synaptique ne reçoivent pas de neurotrophines et meurent.

• La mort neuronale élimine les neurones surnuméraires.

Compétition synaptique

• Seules les synapses actives sont stabilisées, les autres sont éliminées.

C- Anatomie fonctionnelle du SNC adulte I- Le télencéphale

Il est composé de deux hémisphères cérébraux séparés par la scissure interhémisphérique. Ils recouvrent quasiment tout le cerveau et sont constitués par :

1. Le cortex (surface)

2. Le système limbique

3. Le striatum

a- Le cortex cérébral

• Surface plissée parcourue de saillies (gyrus ou circonvolutions) séparées par des sillons (scissures).

• Chaque hémisphère est subdivisé en lobes délimités par la scissure de Rolando, la scissure de Sylvius et la scissure pariéto-occipitale.

Les 4 lobes externes sont : frontal, occipital, pariétal et temporal.

Le gyrus cingulaire (lobe limbique) se trouve sur la face médiane de chaque hémisphère.

Entre le lobe temporal et pariétal se trouve l'insula (lobe insulaire).

Aspects fonctionnels du cortex :

C'est le sommet hiérarchique du SN.

• Gère les facultés cognitives, la motricité volontaire, et les comportements conscients.

• Reçoit par des voies d'innervation ascendantes les informations sensitives corporelles : somesthésiques (appareil locomoteur) et viscérales (organes internes) et externes : sensorielles, les analyse et les enregistre.

• Élabore des réponses motrices transmises au corps par des voies descendantes.

• Chaque hémisphère cortical est le siège de la perception sensitive et du contrôle de la motricité du côté opposé du corps (controlatéral). La sensorialité et la motricité sont "croisées" car les voies ascendantes et descendantes décussent dans la moelle épinière ou à la base du cerveau (tronc cérébral).

Principales fonctions des lobes :

• Frontal : motricité, cognition, contrôle des émotions.

• Pariétal : sensibilité somesthésique et viscérale.

• Occipital : vision.

• Temporal : audition, mémoire.

• Insulaire : sensibilité viscérale et émotions.

• Gyrus cingulaire (ou lobe limbique) : affectivité (émotions), apprentissage, mémoire.

Le cortex préfrontal produit les idées abstraites, le raisonnement, participe à la motivation et au contrôle des émotions et de l'humeur en relation avec le gyrus cingulaire et le système limbique : les Fonctions Exécutives.

Fonctions du lobe frontal :

• Motricité : l'aire motrice primaire est située contre la scissure de Rolando. Les axones des neurones pyramidaux de ce cortex innervent les motoneurones de la moelle épinière qui pilotent les muscles squelettiques pour réaliser des mouvements volontaires.

• Les aires motrices non primaires, à l'avant de l'aire motrice primaire, régissent les habiletés motrices apprises, coordonnent les mouvements de plusieurs groupes de muscles. Leur action principale est d'activer l'aire motrice primaire.

Les régions du corps dont la motricité est la plus précise mobilisent une grande surface du cortex moteur primaire. Les projections corporelles à la surface de ce cortex constituent la somatotopie (représentée par l'homonculus).

Fonction du lobe pariétal :

• Somesthésie : sensibilité de l'appareil locomoteur et cutanée. Le cortex pariétal est subdivisé en aires somesthésiques primaires et somesthésiques associatives (= non primaire).

• L'aire somesthésique primaire est derrière la scissure de Rolando, reçoit des messages provenant de la peau, des muscles et des articulations, localise la provenance des stimulus = la discrimination spatiale grâce à la somatotopie.

Les régions du corps, où la sensibilité est la plus précise, mobilisent une grande surface du cortex somesthésique primaire. Les projections corporelles à la surface du cortex somesthésique constituent aussi la somatotopie (représentée par l'homonculus).

• L'aire somesthésique associative est le cortex pariétal postérieur. Elle analyse les informations arrivées dans l'aire somesthésique primaire et les traduit en perceptions de taille, de texture et d'organisation spatiale.

• Langage : aire de Wernicke et aires associées : compréhension des paroles et des mots lus.

Fonction du lobe occipital :

• Vision : L'aire visuelle primaire reçoit l'information provenant de la rétine.

• Les aires visuelles associatives interprètent les stimulus visuels : reconnaissance et compréhension de ce que l'on voit.

Fonction du lobe temporal :

• Audition, langage, mémoire : L'aire auditive primaire reçoit le message auditif indirectement provenant de l'oreille interne.

• Les aires auditives associatives, sous l'aire auditive primaire, interprètent la nature du stimulus sonore (paroles, bruits).

• Olfaction : Le cortex olfactif est localisé dans la face interne du lobe temporal dans sa partie avant. Il reçoit des influx sensoriels via le bulbe olfactif (système limbique).

Autres lobes (rappel) :

• Insulaire : sensibilité viscérale, motivation, émotion.

• Limbique : affectivité, apprentissage et mémoire, contrôle le système limbique sous-jacent ; reçoit des afférences somesthésiques et sensorielles.

b- Le Système Limbique

• Localisé sous le cortex.

• Principaux noyaux : hippocampe, amygdale, bulbe olfactif, corps mamillaire, septum.

• Fonction : vie affective (émotion, stress...), mémoire, apprentissage.

• En étroite relation avec le lobe limbique (gyrus cingulaire).

• Sous le contrôle du cortex préfrontal.

Fonctions spécifiques des noyaux :

• Hippocampe : mémoire, apprentissage.

• Septum : mémoire.

• Amygdale : affectivité, adaptation au stress, émotions.

• Bulbe olfactif et corps mamillaire : olfaction, affectivité.

C- Le striatum

• Comprend le noyau caudé, le putamen et le Globus Pallidus.

• Localisation : base de l'encéphale.

• Fonction : contrôle et régulation de la motricité volontaire.

Modifie et affine en permanence les programmes moteurs élaborés par le lobe frontal. Il partage cette tâche avec le cervelet (régulateur des réflexes moteurs).

II- Le diencéphale

a) La rétine

Détections visuelles dont les axones constituent le 1er nerf crânien et transmettent les influx sensoriels au thalamus, lequel les envoie au lobe occipital.

b) L'Épiphyse

Coincée entre le cortex et le mésencéphale à l'arrière du cerveau, participe à la régulation du cycle de veille et de sommeil en sécrétant la mélatonine.

c) Thalamus

• Composé de deux masses de substance grise, bordant le 3e ventricule. Connectées l'une à l'autre par un faisceau de fibres : la commissure inter-thalamique.

• Grand centre de relais synaptiques servant de porte d'entrée au cortex pour la majorité des influx provenant du SN.

• Il filtre, trie les informations et les distribue grâce à ses différents noyaux vers les aires corticales appropriées.

• Les échanges d'informations sont bidirectionnels entre le cortex et le thalamus.

d) L'hypothalamus

• Forme le plancher du 3e ventricule (base de l'encéphale), sous le thalamus.

• Connecté principalement avec le lobe frontal, le système limbique, le striatum et la formation réticulée (tronc).

• Impliqué dans le contrôle des grandes fonctions physiologiques.

• Maintien de l'homéostasie par le contrôle des organes internes.

• Reproduction.

• Réponses à l'environnement (émotions, stress...).

Il est en lien avec le SN Autonome, le Système Endocrinien et le SN somatique.

Constitué de nombreux noyaux spécialisés dans le contrôle de diverses fonctions physiologiques.

e) La neurohypophyse

• Partie arrière de l'hypophyse.

• Constituée par des cellules gliales, les fibres et les terminaisons synaptiques de neurones sécréteurs.

Les neurones sécréteurs des noyaux supraoptique (vasopressine) et paraventriculaire (ocytocine).

III- Le mésencéphale

a) Colliculus (dorsal)

• Colliculus antérieur : vision (rétine).

• Colliculus postérieur : audition (cochlée).

b) Pédoncules cérébraux

• Voie de passage.

• Relais synaptiques.

• Coordination inconsciente de la motricité par les neurones dopaminergiques de la substance noire qui innervent le striatum.

c) Formation réticulée mésencéphalique

• Voie de passage.

• Relais, par exemple : activation du SN autonome sympathique lors de la réponse à un stress.

IV- Métencéphale

a) Le cervelet (partie dorsale du métencéphale)

• Deuxième plus grosse structure du cerveau après le cortex.

• Coordonne les réflexes moteurs liés au maintien de la posture et à la motricité.

3 régions cérébelleuses :

• Paléocervelet : impliqué dans le tonus musculaire (motoneurones de la moelle).

• Néocervelet : impliqué dans la motricité volontaire (cortex, striatum).

• Archéocervelet : impliqué dans l'équilibre (système vestibulaire).

b) Pont de Varole (ventral)

• Des voies nerveuses ascendantes et descendantes.

• Relais synaptiques des noyaux du pont, entre cortex et cervelet.

• Excitation de l'encéphale par les neurones à noradrénaline du locus coeruleus qui innervent l'ensemble de l'encéphale.

• Processus affectifs par les neurones à sérotonine du raphé innervant le complexe cortico-limbique.

c) Formation réticulée métencéphalique (ventral)

Identique à la formation réticulée mésencéphalique.

V- Myélencéphale

Le bulbe rachidien

• Voies de passage.

• Relais.

• Processus affectifs par les neurones du raphé inférieur (qui libère de la sérotonine).

• Réalise des processus neuronaux automatiques : les réflexes.

• Centre cardiaque et vasomoteur : augmentation de la pression sanguine par augmentation du rythme cardiaque et vasoconstriction.

• Centre respiratoire : contractions rythmiques des muscles respiratoires.

VI- La Moelle épinière

• 45 cm de long, diamètre 1-2 cm.

• Ne fait pas toute la longueur de la colonne vertébrale.

• Les somas neuronaux sont centrés autour du canal de l'épendyme.

• La substance blanche est à la périphérie.

• 31 paires de nerfs rachidiens relient la moelle aux organes périphériques.

• Se termine par la "queue de cheval", pratique pour la péridurale.

Fonctions de la moelle

• Réflexes : activités nerveuses automatiques indispensables à la motricité (SN Somatique) et au fonctionnement viscéral (SN Autonome).

• Conductions ascendantes ou descendantes : d'informations nerveuses entre le SNP et le cerveau ; entre divers segments médullaires (réflexes complexes).

Connections Moelle-SNP

• Afférentes médullaires : les signaux afférents sensitifs somesthésiques (SNS) et viscéraux (intéroceptifs, SNA) véhiculés par les neurones des ganglions rachidiens arrivent par les racines dorsales.

• Efférentes médullaires : les signaux efférents moteurs véhiculés par les fibres des motoneurones des cornes ventrales (SNS : muscles) et intermédiaires (SNA : viscères) partent par les racines ventrales.

D) Introduction à la neuropathologie

• AVC (Accidents Vasculaires Cérébraux) : Hémorragies, anoxie (manque d'oxygène), ischémie (manque de sang) entraînant un manque de glucose et une mauvaise élimination des déchets métaboliques. L'œdème provoque une compression mécanique, entraînant des handicaps divers (selon la zone touchée) de gravité et réversibilité variables.

• Épilepsies : Troubles électrophysiologiques ("orages électriques") au foyer épileptique, entraînant l'embrasement des régions cérébrales voisines, des pertes de conscience, des convulsions et d'autres symptômes.

• Schizophrénie : Démence (psychose) et dépression.

  • Dysfonction de plusieurs neurotransmissions : GABA, cannabinoïdes, Glu, DA... et défaut de communication entre régions cérébrales.

  • Origine congénitale et épigénétique.

  • Apparition fin adolescence.

  • Incurable, traitement symptomatique (neuroleptiques et antidépresseurs).

• Alzheimer : Maladie neurodégénérative entraînant une mort neuronale corticale et limbique, provoquant des troubles de l'humeur, une démence et des troubles de la mémoire.

• Les névroses : Dérégulations des innervations 5HT (raphé) et NA (locus coeruleus) et Glu ; anomalies des communications intracérébrales.

  • Dépression : hypoactivité cérébrale, anhédonie, baisse de libido, insomnie, idées noires...

  • Anxiétés : hyperactivité cérébrale, hypervigilance, irritabilité, fatigue, insomnie...

• Pathologies neurodégénératives de la motricité :

  • Chorée de Huntington : neurodégénération du striatum. Tremblements, troubles de la motricité, raideur.

  • Maladie de Parkinson : neurodégénération de la substance noire, entraînant une perte de l'apport en dopamine : motricité heurtée, tremblements, spasmes musculaires...

• Pathologies de la moelle épinière :

  • Sclérose latérale amyotrophique (Maladie de Charcot) : Maladie auto-immune : le système immunitaire s'attaque aux motoneurones, entraînant des troubles moteurs.

  • Sclérose en Plaque : attaques immunologiques des oligodendrocytes, entraînant une démyélinisation et des troubles neurologiques sensori-moteurs, de la mémoire, du langage...

  • Traumatismes médullaires : gravité variable... destruction des fibres nerveuses irréparables car les astrocytes produisent une cicatrice bloquant la repousse des fibres nerveuses.

• Atteintes des cellules gliales : impacts neurologiques.

  • La Lèpre : infection bactérienne des cellules de Schwann, entraînant la mort des neurones et des lésions cutanées, articulaires...

  • Maladies de Charcot Marie Tooth : Mutations des cellules de Schwann, entraînant des troubles de la conduction de l'influx nerveux, des déficits sensori-moteurs et orthopédiques de gravités variables.

  • La Sclérose en plaque : attaques immunologiques des oligodendrocytes, entraînant une démyélinisation et des troubles neurologiques sensori-moteurs, de la mémoire, du langage...

  • Également impliquées dans la schizophrénie, l'anxiété, l'Alzheimer, la toxicomanie...