Organisation et fonctions du système nerveux

Organisation Générale du Système Nerveux

Le système nerveux (SN) est l'orchestrateur de nos comportements physiologiques, émotionnels, cognitifs et moteurs. Il est divisé en deux sections principales : le Système Nerveux Central (SNC) et le Système Nerveux Périphérique (SNP).

Rôles du Système Nerveux

• Systèmes Sensoriels : Permet la vision, l'audition, le toucher, le goût, l'odorat, etc.

• Motricité : Gère la motricité volontaire et involontaire (automatismes moteurs).

• Vigilance et Sommeil : Régule les cycles veille-sommeil.

• Cognition : Impliqué dans l'apprentissage et la mémoire.

• Émotion : Influence et régule l'état émotionnel.

• Fonctions Vitales : Contrôle les fonctions cardiaques, respiratoires, digestives, sexuelles et vésicales.

Division Anatomique du Système Nerveux

Composition du Système Nerveux Central

Substance Grise

• Définition : Composée principalement de corps cellulaires de neurones et de leurs dendrites. Elle apparaît grise en coupe histologique.

• Localisation : À la surface, elle forme le cortex (ex: cortex cérébral). En profondeur, elle constitue les noyaux (ex: noyaux gris centraux). Dans le SNP, ces regroupements sont appelés ganglions.

• Organisation Spécifique :

  • Thalamus : Le plus gros des noyaux, central, rôle de relais sensoriel majeur.

  • Striatum (= corps strié) : Formé par le noyau caudé et le noyau lenticulaire (Putamen + Globus Pallidus).

Substance Blanche

• Définition : Composée principalement d'axones myélinisés. Elle apparaît blanche grâce à la myéline.

• Localisation : Dans le SNC, on parle de voies ou de faisceaux. Dans le SNP, on utilise le terme de nerf.

• Composition : Fibres nerveuses myélinisées et cellules gliales.

Système Ventriculaire

• Définition : Ensemble de cavités où circule le liquide céphalo-rachidien (LCR) ou liquide céphalo-spinal (LCS).

• Localisation : Le LCR circule dans les ventricules latéraux, le troisième et le quatrième ventricule. L'hypothalamus, essentiel à la régulation du système nerveux autonome, se trouve sur les parois du troisième ventricule.

Moelle Épinière

• Architecture générale :

  • Centre : Substance grise, avec la corne antérieure motrice et la corne postérieure sensitive.

  • Périphérie : Substance blanche.

  • On y retrouve le ganglion spinal de la racine dorsale.

• Fonctionnement :

  1. Voie Sensitive : Récepteur sensoriel du SNP → transmission via la voie afférente du neurone sensoriel (SNP → SNC).

  2. Liaison : Intégration du message nerveux et prise de décision au sein du SNC.

  3. Voie Motrice : Transmission de la réponse via la voie efférente du motoneurone (SNC → SNP).

  Un interneurone (neurone d'association) peut faire le lien entre le neurone sensitif et le motoneurone, jouant un rôle de communication.

Cellules du Système Nerveux

Neurones

Les neurones sont les unités fonctionnelles du système nerveux, responsables de la transmission de l'influx nerveux.

• Généralités :

  • Le cerveau humain contient environ 100 milliards de neurones, formant 1 000 milliards de connexions.

• Classification :

  • Neurone Moteur (Motoneurone) : L'influx circule du corps vers la périphérie. Affecte les muscles squelettiques (somatique), les muscles lisses, le cœur (autonome) ou les muscles lisses du tube digestif (entérique).

  • Interneurone : Pas de vrai axone, rôle de communication et de régulation.

  • Neurone Sensoriel : Corps cellulaire sur le trajet de l'influx nerveux.

• Structure :

  • Corps cellulaire (Soma) : Contient la machinerie nécessaire à la synthèse des neurotransmetteurs (molécules de communication intercellulaire).

  • Dendrites : Permettent la réception de l'influx nerveux.

  • Axone : Permet la transmission de l'influx nerveux. Le potentiel d'action est créé au cône axonal. Le transport axonal achemine les neurotransmetteurs et leurs précurseurs.

Cellules Gliales (Névroglie)

Les cellules gliales sont environ 10 fois plus nombreuses que les neurones et assurent diverses fonctions de soutien, de protection et de nutrition.

• Oligodendrocyte : Cellule du SNC, dont les prolongements forment la gaine de myéline de plusieurs axones dans le SNC.

• Neurolemmocyte (cellules de Schwann) : Cellule du SNP, s'enroule autour d'un seul axone pour former sa gaine de myéline.

• Cellules Épendymaires (Épendymocytes) : Situées sur la paroi des ventricules, dotées de cils qui régulent la composition du LCR.

• Microglie : Impliquée dans la réponse immunitaire et la défense du SNC contre les agents pathogènes. Élimine les déchets et nourrit les neurones.

• Astrocyte : Forme la barrière hémato-encéphalique (BHE), protégeant le SNC des substances nocives du système vasculaire.

La Myéline

• Généralités : La myéline est une gaine isolante et blanche qui entoure l'axone, formant la substance blanche, et permettant une transmission rapide de l'influx nerveux.

• Organisation :

  • Oligodendrocytes (SNC) : Myélinisent plusieurs axones grâce à leurs prolongements.

  • Cellules de Schwann (SNP) : S'enroulent autour d'un seul axone.

• Rôle : La myéline permet une conduction saltatoire de l'influx nerveux (de nœud de Ranvier en nœud de Ranvier), augmentant considérablement la vitesse de conduction (fibres tactiles, motoneurones). Les fibres peu myélinisées (ex: sensibilité thermique et douloureuse) ont une conduction plus lente.

Les Synapses

Les synapses sont les points de communication entre les neurones.

• Définition : Elles permettent la communication grâce à un courant électrique (potentiel d'action) ou des neurotransmetteurs.

• Classification Morphologique :

  • Axono-dendritique : Axone d'un neurone ↔ dendrite d'un second.

  • Axono-somatique : Axone d'un neurone ↔ corps cellulaire d'un second.

  • Axono-axonale : Axone d'un neurone ↔ axone d'un second.

• Types de Synapses :

  • Synapses Électriques (Gap Junctions) : Transmission directe du potentiel d'action entre neurones par des jonctions communicantes.

  • Synapses Chimiques :

    • Utilisent des neurotransmetteurs, libérés par le neurone pré-synaptique et agissant sur des récepteurs du neurone post-synaptique.

    • Molécules Impliquées :

      • Excitateurs : Glutamate, Acétylcholine, Adrénaline, Noradrénaline.

      • Inhibiteurs : GABA, Glycine.

      • Neuromodulateurs : Dopamine, Sérotonine, Histamine, Endorphines.

    • Conversion de l'influx électrique en message chimique, puis reconversion en potentiel d'action.

• Synapses Non Neuronales :

  • Axo-sécrétrice : L'axone libère des neurotransmetteurs dans la circulation sanguine (ex: adrénaline).

  • Axo-extracellulaire : L'axone libère des neurotransmetteurs dans le liquide extracellulaire, sans connexion directe.

Le Potentiel de Repos et le Potentiel d'Action

Potentiel de Repos

• Définition : Équilibre ionique entre le milieu intra- et extracellulaire, générant un potentiel de -70 mV lorsque le neurone est au repos (intérieur négatif).

• Maintien : Processus actif impliquant la pompe Na/K ATPase qui expulse 3 Na et fait entrer 2 K, maintenant une charge négative intracellulaire. Il existe aussi une pompe Ca/H.

• Transport des ions :

  • Passif : Diffusion selon le gradient chimique, via des canaux de fuite (Na, K).

  • Actif : Contre le gradient chimique, consomme de l'énergie (ATP) via des pompes (Na/K, Ca/H).

Variations du Potentiel Membranaire

• Dépolarisation : Ouverture des canaux Na voltage-dépendants, entrée de Na ↔ diminution de la négativité intracellulaire.

• Repolarisation : Fermeture des canaux Na voltage-dépendants, ouverture des canaux K voltage-dépendants, sortie de K ↔ rétablissement de la négativité intracellulaire.

Transmission du Potentiel d'Action

• Notion de Seuil : Un potentiel d'action (PA) se déclenche si la dépolarisation atteint -50 mV (Loi du "tout ou rien").

  • Stimulus Dépolarisant : Approche le seuil (ex: glutamate).

  • Stimulus Hyperpolarisant : Éloigne le seuil (ex: GABA).

• Propagation de l'Influx Nerveux :

  • De proche en proche : Sur les axones non-myélinisés, vitesse lente.

  • Saltatoire : Sur les axones myélinisés, l'influx "saute" de nœud de Ranvier en nœud de Ranvier, vitesse rapide.

Les Récepteurs Sensoriels

Ce sont des récepteurs spécifiques qui transforment un stimulus non électrique en influx électrique.

• Définition : Chaque fonction sensorielle (vision, toucher, odorat, goût, audition) a ses récepteurs dédiés capables de convertir des stimuli spécifiques (lumière, pression, molécules chimiques, vibrations) en signal électrique.

• Localisation : Peuvent être répartis dans les tissus (peau) ou organisés en organes (rétine, organes de Corti).

Types de Récepteurs

• Mécanorécepteurs : Sensibles au toucher, vibrations, étirements, mouvements et pression. Incluent les récepteurs cutanés (Meissner, Pacini, Merkel, Ruffini) et proprioceptifs (position du corps), ainsi que les récepteurs viscéraux (pour le SNA).

• Noci-récepteurs : Sensibles à la douleur.

• Thermorécepteurs : Sensibles à la température.

• Chémorécepteurs : Sensibles aux molécules chimiques (goût, odorat, viscères).

• Photorécepteurs : Sensibles à la lumière (cônes et bâtonnets dans la rétine).

Codage des Stimuli

• Codage de l'Intensité : La fréquence des potentiels d'action reflète l'intensité du stimulus (lumière forte = haute fréquence). Un stimulus plus intense recrute davantage de neurones.

• Codage de la Durée : La sensibilité des récepteurs diminue progressivement si la stimulation est maintenue (extinction sensitive).

• Codage de la Localisation : Le champ récepteur (zone cutanée) et le degré de sensibilité maximale permettent de localiser le stimulus.

• Codage de la Modalité :

  • Unimodalité : Récepteurs spécialisés dans un seul type de stimulus.

  • Polymodalité : Récepteurs sensibles à plusieurs types de stimuli (ex: nocicepteurs).

• Transmission au SNC : L'intensité du stimulus est convertie en potentiel récepteur, puis en PA dont la fréquence et la durée sont codées pour une transmission précise au SNC.

Voies Sensorielles

L'information sensorielle est transmise de la périphérie vers le SNC via des chaînes de neurones.

• Contexte : Plusieurs récepteurs sont impliqués dans la réception d'un stimulus, permettant le codage d'une information commune.

• Transmission en Cascade : L'information passe par des neurones de premier, second et troisième ordre avant d'atteindre les aires corticales spécialisées.

• Organisation Somatotopique/Tonotopique/Rétinotopique : Chaque zone du cerveau a une fonction dédiée pour l'intégration de l'information.

• Mécanismes d'Affinement :

  • Convergence : Fusion d'informations pour améliorer la précision.

  • Inhibition Latérale : Affinement du signal en inhibant les informations moins importantes.

Les Douze Paires de Nerfs Crâniens

Ces nerfs relient directement l'encéphale aux différentes parties de la tête, du cou et du tronc, gérant la majorité des afférences sensorielles de la tête.

Remarque : Les nerfs I et II sont des émergences de l'encéphale, les autres du tronc cérébral et font des relais dans celui-ci.

Types de Sensorialité

• Sensibilité Extéroceptive : Perception de l'environnement externe via la peau (toucher, température, douleur). Implique divers récepteurs cutanés (encapsulés ou terminaisons libres).

• Sensibilité Intéroceptive : Perception des informations internes des viscères (besoins physiologiques, douleurs, distension), souvent sans conscience claire. Implique terminaisons nerveuses libres et récepteurs de type Ruffini/Pacini.

• Sensibilité Proprioceptive : Perception de la position et du mouvement du corps dans l'espace, via les récepteurs proprioceptifs (muscles, os) et de l'oreille interne.

Voies Sensorielles Spécifiques

Voies Gustatives

• Récepteurs : Papilles gustatives sur la langue et dans la cavité buccale. Sensibles aux molécules chimiques (sucré, salé, acide, amer, umami).

• Nerfs Crâniens Impliqués :

  • VII (Facial) : Partie antérieure de la langue.

  • IX (Glossopharyngien) : Partie postérieure de la langue.

  • V (Trijumeau) : Bord latéral.

  • X (Vague) : Zone pharyngée, épiglotte.

• Voies d'Intégration :

  • Thalamus (noyau ventral postérieur médian) : Relais sensoriel majeur, filtre et distribue l'information.

  • Cortex Gustatif (lobe pariétal) : Intégration finale des saveurs.

• Remarque : Les perceptions gustative et olfactive se combinent dans les régions orbitofrontales pour la saveur globale.

Voies Olfactives

• Stimulus : Molécules odorantes transportées par l'air, dissoutes dans le mucus.

• Récepteurs : Neurones olfactifs (cellules mitrales) dans l'épithélium olfactif, dotés de cils récepteurs.

• Transduction : Fixation des molécules ↔ activation du récepteur ↔ dépolarisation (entrée Na/Ca, sortie Cl) ↔ influx nerveux.

• Voie Olfactive : Axones des neurones olfactifs se rassemblent vers le bulbe olfactif (pas de nerf, pas de relais périphérique). Connexion des cellules mitrales via les glomérules ↔ formation du tractus olfactif.

• Cortex Olfactif :

  • Projete directement vers les aires primaires (cortex pré-piriforme et péri-amygdalien).

  • Aires secondaires : cortex entorhinal, système limbique (amygdale, hippocampe), cortex orbitofrontal.

• Lien avec Émotions et Mémoire : Connexions fortes avec le système limbique, expliquant l'impact émotionnel des odeurs et leur lien avec les souvenirs.

Voies Visuelles

• Généralités : Les photorécepteurs (cônes et bâtonnets) sont situés dans la rétine, convertissant l'information lumineuse en potentiel d'action via la rhodopsine.

• Composition des Photorécepteurs :

  • Cônes : Codent les couleurs (rouge, vert, bleu). Le daltonisme résulte d'une absence de certains types de cônes.

  • Bâtonnets : Sensibles en faible luminosité, vision en noir et blanc.

• Champ Visuel : Caractérisé par des zones latérale/temporale, médiale/nasale, haute/supérieure et basse/inférieure. Le champ visuel gauche se projette sur la rétine nasale droite et temporale gauche, et inversement pour le champ droit.

• Voies Visuelles :

  1. Rétine : Photorécepteurs → cellules bipolaires → cellules ganglionnaires.

  2. Nerf Optique : Réunion des axones ganglionnaires.

  3. Chiasma Optique : Décussation partielle des fibres issues des rétines nasales.

  4. Tractus Optique : Fibres regroupées selon le champ visuel (champ visuel gauche sur cortex droit, et inversement).

  5. Corps Genouillé Latéral (CGL) : Relais thalamique.

  6. Radiations Optiques : Projection vers le cortex occipital (cortex visuel primaire).

  7. Cartographie Rétinotopique : Lieux proches sur la rétine se projettent sur des lieux proches dans le cortex.

  8. Scissure Calcarine (V1) : Cortex visuel primaire dans le lobe occipital.

  9. Aires Visuelles Associatives :

     • Voie dorsale (pariétale) : Traitement visuo-spatial ("où ?").

     • Voie ventrale (temporale) : Reconnaissance des objets ("quoi ?").

     • Voie frontale : Prise de décision.

Voies Auditives

• Organisation Anatomique :

  • Oreille Interne : Contient l'organe sensoriel, l'organe de Corti, situé dans la cochlée.

  • Oreille Moyenne : Tympan et chaîne des osselets (marteau, enclume, étrier). Le tympan transmet les vibrations aux osselets, qui amplifient le signal vers la périlymphe de la cochlée.