Neuroanatomie

1. Structuration du système nerveux

Le système nerveux se divise en deux grandes parties fonctionnelles : le système somatique et le système nerveux autonome.

2. Système somatique

• Définition : Innervation des muscles squelettiques et de la peau (somma = corps).
• Organisation :
  • Les corps cellulaires des neurones périphériques sont regroupés dans des ganglions.
  • Ces neurones innervent la peau, notamment pour le toucher.
  • Les motoneurones ont leur corps cellulaire dans la corne ventrale de la moelle épinière.
  • Leurs axones forment la racine ventrale et contrôlent les muscles de manière volontaire.

3. Système nerveux autonome (SNA)

• Rôle : Régule les fonctions involontaires des organes internes.
• Subdivision :
  • Système orthosympathique (sympathique)
  • Système parasympathique
• Ces deux systèmes innervent souvent les mêmes organes avec des actions généralement antagonistes (l’un stimule, l’autre inhibe).
• Fibres afférentes : nombreuses, elles innervent les organes internes et transmettent des informations sur leur activité (non détaillées dans ce cours).
• Neurones :
  • Préganglionnaires : situés dans le système nerveux central.
  • Postganglionnaires : situés dans les ganglions périphériques.

4. Système orthosympathique

• Fonction : Permet une réaction rapide face au stress ou à une situation particulière.
• Effets typiques :
  • Dilatation de la pupille (mydriase) pour améliorer la vision.
  • Augmentation du rythme cardiaque et respiratoire.
  • Inhibition des fonctions non essentielles à court terme (ex : système immunitaire, digestion).

Le système nerveux autonome est constitué de deux réseaux neuronaux antagonistes (orthosympathique et parasympathique) qui régulent l’activité des organes internes de manière complémentaire.

1. Système nerveux autonome (SNA)

Le Système nerveux autonome régule les fonctions involontaires essentielles à l'homéostasie, notamment via deux divisions principales : le système nerveux sympathique et parasympathique, ainsi que le système nerveux entérique.

2. Système nerveux parasympathique

• Rôle : actif en situation de repos et récupération.
• Effets :
  • Diminution de l'activité pupillaire (myosis).
  • Ralentissement du rythme cardiaque.
  • Diminution du rythme respiratoire.
  • Favorise la digestion et la disponibilité des nutriments pour la régénération tissulaire.

3. Système nerveux entérique

• Localisation : innerve le tube digestif.
• Organisation : les corps cellulaires des neurones sont regroupés en plexus (enchevêtrements de fibres nerveuses).
• Fonction :
  • Sensation de l'état de contraction des couches musculaires du tube digestif.
  • Génération autonome du péristaltisme (mouvements rythmiques pour faire avancer le bol alimentaire avec les sucs digestifs).
• Autonomie : capable de fonctionner indépendamment du système nerveux central, bien qu'il soit connecté à celui-ci.

4. Protection et organisation autour du système nerveux central (SNC)

• La densité des fibres nerveuses diminue en descendant dans la moelle épinière.
• Plus la lésion est haute dans la moelle épinière, plus les conséquences sont graves.

À retenir : Le système nerveux entérique contrôle de façon autonome le péristaltisme digestif, tandis que le système parasympathique favorise les fonctions de repos et de digestion.

1. Système nerveux entérique

Le système nerveux entérique (SNE) est une partie autonome du système nerveux, localisée dans la paroi du tube digestif, capable de contrôler indépendamment les fonctions gastro-intestinales.

2. Organisation générale

• Localisation : dans la paroi du tube digestif, du pharynx à l'anus.
• Autonomie : peut fonctionner indépendamment du système nerveux central (SNC).
• Rôle principal : régulation motrice, sécrétoire et vasculaire du tube digestif.

3. Composants du Système Nerveux Entérique

4. Types de neurones dans le SNE

• Neurones moteurs : contrôlent la contraction musculaire lisse.
• Neurones sensoriels : détectent l’étirement et la composition chimique du contenu intestinal.
• Interneurones : assurent la communication entre neurones sensoriels et moteurs.
• Neurones sécrétoires : régulent la sécrétion glandulaire.

5. Fonctions principales

• Motricité digestive : coordination des contractions musculaires pour le péristaltisme.
• Sécrétion : contrôle des glandes digestives (enzymes, mucus).
• Flux sanguin : modulation locale de la circulation sanguine.
• Réflexes locaux : réflexes intrinsèques indépendants du SNC.

6. Interaction avec le système nerveux central

• Le SNE communique avec le SNC via les nerfs vagues (parasympathique) et les fibres sympathiques.
• Le SNE peut fonctionner de manière autonome mais est modulé par le système nerveux autonome.

À retenir : Le système nerveux entérique est un réseau neuronal autonome, capable de réguler localement la motricité, la sécrétion et la circulation du tube digestif, grâce à ses plexus myentérique et sous-muqueux.

1. Moelle épinière

• Fonction principale : transmission des informations motrices et sensitives entre le cerveau et le reste du corps.
• Organisation : segmentée en racines dorsales (sensitives) et ventrales (motrices).
• Substance grise : contient les corps cellulaires des neurones.
• Substance blanche : contient les fibres nerveuses ascendantes et descendantes.

2. Structures protectrices de la moelle épinière

3. Rôle des racines nerveuses

• Racine dorsale : transporte les influx sensitifs vers la moelle.
• Racine ventrale : transporte les influx moteurs vers les muscles.

La moelle épinière est protégée par une structure osseuse, des membranes et un liquide qui assurent à la fois protection mécanique et nutrition.

4. Synthèse

• La moelle épinière est un relais essentiel entre le cerveau et le corps.
• Elle est protégée par les vertèbres, les méninges et le liquide céphalo-rachidien.
• Sa structure segmentée permet une organisation précise des voies sensitives et motrices.

1. Hippocampe et amygdale

• Localisation : 1 hippocampe et 1 amygdale de chaque côté (gauche et droite).
• Fonctions principales : gestion des situations de base, émotions et mémoire.

2. Hippocampe

• Composition :
  • Régions neuronales principales : CA1, CA3, et gyrus denté.
  • Structures associées mais non incluses : Subiculum et cortex entorhinal.
• Zone corticale : contient les corps cellulaires des neurones.
• Sortie des informations : via la Fimbria (substance blanche).

3. Formation hippocampique

• Ensemble fonctionnel comprenant les hippocampes et leurs structures associées.
• Afférences corticales : axones provenant du cortex vers l’hippocampe.
• Circuit interne :
  1. Le subiculum et le cortex entorhinal reçoivent les afférences corticales.
  2. Ils transmettent l’information au gyrus denté et à la Fimbria.
  3. Les neurones du gyrus denté projettent vers ceux de la zone CA3.
  4. Les neurones de CA3 envoient leurs axones vers les neurones de CA1.
  5. Les neurones de CA1 transmettent l’information vers l’extérieur de l’hippocampe.

4. Collatérales de Schaeffer

• Axones des cellules pyramidales reliant CA3 à CA1.
• Rôle : transfert d’informations entre ces deux régions.
• Permettent la propagation du signal dans le circuit hippocampique.

5. Résumé du circuit hippocampique

Chaque flèche dans le circuit correspond à un axone sortant d’une structure vers une autre, impliquant 4 types neuronaux différents.

1. Cervelet

• Fonction principale : coordination motrice, équilibre, contrôle de la posture.
• Localisation : à la partie postérieure du tronc cérébral, sous les hémisphères cérébraux.
• Organisation :
  • Substance grise en surface (cortex cérébelleux).
  • Substance blanche en profondeur (arborisation en arbre).
• Réseau neuronal : circuits complexes avec interneurones et neurones de projection, intégrant informations sensorielles et motrices.

2. Diencéphale

• Composants principaux :
  • Thalamus : relais sensoriel majeur vers le cortex cérébral.
  • Hypothalamus : régulation des fonctions autonomes, endocrines, comportementales.
  • Épithalamus : comprend la glande pinéale, impliquée dans les rythmes circadiens.
  • Subthalamus : rôle dans le contrôle moteur.
• Fonctions :
  • Intégration sensorielle et motrice.
  • Régulation homéostatique (température, faim, soif).
  • Contrôle hormonal via l'hypophyse.

3. Ganglions de base (Noyaux gris centraux)

• Fonction globale : modulation des mouvements volontaires, apprentissage moteur, inhibition des mouvements inappropriés.
• Circuit : boucle cortico-striato-thalamo-corticale, intégrant cortex, ganglions de base et thalamus.

4. Points clés à retenir

Le cervelet coordonne et affine les mouvements, le diencéphale intègre les fonctions sensorielles et régule l’homéostasie, tandis que les ganglions de base modulent l’initiation et le contrôle moteur via des circuits complexes.

1. Système limbique et hippocampe

Le système limbique est un ensemble de structures cérébrales impliquées dans les émotions, la mémoire et certaines fonctions autonomes. L'hippocampe est une composante clé de ce système, essentielle à la formation et à la consolidation des souvenirs.

2. Organisation corticale liée au système limbique

Le cortex limbique présente plusieurs couches distinctes, chacune avec des types cellulaires et des fonctions spécifiques :

3. Types de neurones et leurs connexions

• Neurones associatifs : axones restent dans la substance blanche pour rejoindre d’autres zones corticales, assurant la communication interrégionale.
• Neurones efférents : axones sortent du cortex vers la moelle épinière, transmettant des commandes motrices aux motoneurones.

À retenir : L’hippocampe, au sein du système limbique, joue un rôle central dans la mémoire, tandis que les couches corticales du système limbique organisent la réception, le traitement et la transmission des informations émotionnelles et mnésiques via des neurones associatifs et efférents.

1. Organisation du cortex cérébral

Le cortex cérébral est un iso-cortex organisé en 6 couches distinctes, numérotées de la surface vers la profondeur :

• Les neurones de ces couches sont majoritairement des interneurones.
• L’organisation corticale fonctionne souvent par colonnes verticales, traversant toutes les couches, du plus superficiel au plus profond.
• La taille et la densité des neurones varient selon la couche.

2. Types de cortex et leurs fonctions

• Le cortex sensoriel comprend les aires visuelles et auditives, mais pas olfactives ni gustatives.
• Les échanges entre couches sont particulièrement importants dans le cortex associatif.

3. Organisation de la substance blanche

La substance blanche contient des fibres nerveuses classées selon leur trajet et fonction :

À retenir : Les fibres corticales sont soit associatives, soit commissurales, soit de projection, chacune assurant un type spécifique de communication neuronale.

1. Aires fonctionnelles du cortex

Le cortex cérébral est divisé en aires fonctionnelles spécialisées, chacune assurant des fonctions spécifiques (sensorielles, motrices, associatives). Ces aires sont interconnectées par des fibres nerveuses de différentes natures.

2. Types de fibres nerveuses dans la substance blanche

3. Autres structures de substance blanche

• Capsule externe et capsule extrême : regroupements de fibres au niveau hémisphérique.
• Fornix : axones reliant l’hippocampe au corps mamillaire, impliqué dans la mémoire.
• Bandelettes optiques, chiasma optique, bulbe olfactif : zones de transfert des informations sensorielles visuelles et olfactives.

4. Structure histologique du cortex

• Le cortex est organisé en couches cellulaires distinctes, chacune avec un type de neurones et une fonction spécifique.
• Les fibres nerveuses permettent la communication entre ces couches et avec d’autres régions cérébrales.

À retenir : Le cortex est organisé en aires fonctionnelles reliées par des fibres associatives (intra-hémisphériques), commissurales (inter-hémisphériques) et de projection (vers les structures sous-corticales). Le corps calleux est la principale commissure reliant les deux hémisphères.

1. Points clés à retenir

• La couche IV est la principale couche réceptrice des afférences sensorielles thalamiques.
• Les couches II et III sont impliquées dans les connexions entre aires corticales.
• La couche V contient les neurones moteurs principaux qui projettent vers la moelle épinière et le tronc cérébral.
• La couche VI assure un rétrocontrôle vers le thalamus, modulant ainsi les entrées sensorielles.

La structure en couches du néocortex permet une organisation fonctionnelle précise des circuits neuronaux, facilitant la réception, le traitement et la projection des informations.

1. Organisation de la substance blanche

La substance blanche est constituée principalement d'axones myélinisés qui forment des voies de communication entre différentes régions du système nerveux central.

2. Voies optiques et corps genouillé latéral (CGL)

• Le corps genouillé latéral (CGL) du thalamus est une station relais majeure dans la voie visuelle.
• Les axones issus de la rétine forment le nerf optique, qui se croise partiellement au niveau du chiasma optique.
• Après le chiasma, les axones deviennent le tractus optique.
• Ces axones se projettent vers le CGL.
• Du CGL partent les radiations optiques, qui se terminent dans le cortex visuel primaire.

3. Circuit des 3 neurones dans la voie visuelle

• Ces deux types de projections (excitatrices et inhibitrices) régulent l’activité de la structure cible.

4. Imagerie par résonance magnétique (IRM)

• L’IRM utilise un aimant puissant pour aligner les protons des atomes d’hydrogène dans les tissus.
• Lors de la relaxation des protons, l’IRM détecte les différences de composition en hydrogène.
• La substance blanche et la substance grise apparaissent distinctement grâce à leur teneur différente en hydrogène.
• La coloration va du noir (peu d’hydrogène) au blanc (beaucoup d’hydrogène), permettant de visualiser la substance blanche.
• La soustraction entre deux IRM permet de détecter des différences, utile notamment pour suivre des pathologies comme la sclérose en plaques (SEP).

La substance blanche est identifiable en IRM grâce à sa richesse en axones myélinisés, qui contiennent plus d’hydrogène que la substance grise.

1. Imagerie fonctionnelle cérébrale

L’imagerie fonctionnelle permet de mesurer indirectement l’activité neuronale en exploitant les propriétés du métabolisme cérébral.

2. IRMf (Imagerie par Résonance Magnétique fonctionnelle)

• Utilise la propriété d’aimantation liée à la molécule de désoxyhémoglobine (BOLD : Blood Oxygen Level Dependent).
• Permet de suivre le taux d’oxygénation des régions cérébrales.
• Le taux d’oxygène relâché est proportionnel à l’activité neuronale locale.
• Visualisation des zones cérébrales actives par leur consommation d’oxygène.
• Le relargage d’oxygène varie selon l’état de vigilance (ex. sédation) et la complexité de la tâche.

3. Tomographie par émission de positrons (PET scan)

• Nécessite un traceur radioactif injecté, souvent le Fluorodésoxyglucose (FdG), analogue du glucose marqué.
• Permet de suivre la consommation de glucose dans différentes régions cérébrales.
• La quantité de glucose consommée reflète l’activité neuronale.
• En pathologie (ex. Alzheimer débutant), la consommation de glucose diminue, traduisant une perte d’activité neuronale.

À retenir : L’IRMf et le PET scan mesurent l’activité cérébrale indirectement via le métabolisme (oxygène et glucose), révélant les zones actives du cerveau.

1. Techniques de neuroimagerie

a) Imagerie par émission de positons (PET)

• Utilise des ligands spécifiques marqués radioactivement pour cibler des protéines ou neurotransmetteurs précis.
• Exemple : TZ659, ligand PET spécifique du transporteur vésiculaire d’acétylcholine, permet de visualiser les neurones cholinergiques du striatum.
• La radioactivité détectée correspond à la localisation des neurones exprimant le ligand (ex : neurones à acétylcholine).

b) Ultrason

• Technique comparable à l’échographie classique.
• Envoie des ultrasons vers le cerveau ; les tissus renvoient des ondes différentes selon leur composition et mouvement.
• Permet notamment de comparer le débit sanguin entre les deux hémisphères cérébraux.

c) Imagerie spectroscopique proche infrarouge fonctionnelle (fNIRS)

• Exploite la différence d’absorption de la lumière proche infrarouge par l’hémoglobine oxygénée et désoxygénée.
• Permet d’estimer les variations locales d’oxygénation sanguine liées à l’activité neuronale.

d) Principes généraux de la neuroimagerie fonctionnelle

• Basée sur la corrélation entre activité métabolique ou flux sanguin dans une région cérébrale et l’activité neuronale locale.
• L’EEG offre une meilleure résolution temporelle que la neuroimagerie fonctionnelle, qui présente un léger décalage temporel par rapport à l’activité neuronale réelle.

La neuroimagerie fonctionnelle mesure indirectement l’activité neuronale via des marqueurs métaboliques ou hémodynamiques, avec une résolution temporelle inférieure à celle de l’EEG.