Anatomie et physiologie Boundless

Vue d’ensemble du Cerveau

Avec l’aide du cervelet, le Cerveau contrôle toutes les actions volontaires du corps.

Le cerebrum, qui se trouve devant ou sur le tronc cérébral, comprend une grande partie du cerveau. Chez l’homme, il est la plus grande et la mieux développée des cinq grandes divisions du cerveau. Le cerebrum est la structure la plus récente au sens phylogénétique, les mammifères ayant la plus grande et la plus développée parmi toutes les espèces.

Le cerebrum contient le cortex cérébral (des deux hémisphères cérébraux), ainsi que plusieurs structures sous-corticales, notamment l’hippocampe, les ganglions de la base et le bulbe olfactif. Chez les grands mammifères, le cortex cérébral est replié en de nombreux gyri et sulci, ce qui lui permet d’augmenter sa surface sans occuper un volume beaucoup plus important. Avec l’aide du cervelet, le cerveau contrôle toutes les actions volontaires du corps.

Cortex cérébral

Le cortex est composé de deux hémisphères, droit et gauche, séparés par un grand sulcus. Un épais faisceau de fibres, le corps calleux, relie les deux hémisphères, permettant le passage des informations d’un côté à l’autre. L’hémisphère droit contrôle et traite les signaux du côté gauche du corps, tandis que l’hémisphère gauche contrôle et traite les signaux du côté droit du corps.

Les quatre lobes cérébraux

Chaque hémisphère du cortex cérébral des mammifères peut être décomposé en quatre lobes définis fonctionnellement et spatialement : frontal, pariétal, temporal et occipital.

Le lobe frontal est situé à l’avant du cerveau, au-dessus des yeux, et contient le bulbe olfactif. Le lobe frontal contient également le cortex moteur, qui est important pour la planification et la mise en œuvre des mouvements.

Deux des principales fonctions du lobe pariétal sont le traitement de la somatosensation (sensations tactiles telles que la pression, la douleur, la chaleur, le froid) et la proprioception (le sens de l’orientation des parties du corps dans l’espace).

Le lobe temporal est situé à la base du cerveau, près des oreilles. Il est principalement impliqué dans le traitement et l’interprétation des sons. Il contient également l’hippocampe, qui traite la formation de la mémoire.

Le lobe occipital est situé à l’arrière du cerveau. Il est principalement impliqué dans la vision : voir, reconnaître et identifier le monde visuel.

Fonction du cerebrum

Le cerebrum dirige les fonctions motrices conscientes ou volitives du corps. Ces fonctions trouvent leur origine dans le cortex moteur primaire et dans d’autres zones motrices du lobe frontal où les actions sont planifiées. Les motoneurones supérieurs du cortex moteur primaire envoient leurs axones vers le tronc cérébral et la moelle épinière pour faire synapse sur les motoneurones inférieurs, qui innervent les muscles. Les lésions des zones motrices du cortex peuvent entraîner certains types de maladies du motoneurone. Ce type de dommage entraîne une perte de puissance et de précision musculaires plutôt qu’une paralysie totale.

Le système sensoriel olfactif est unique en ce sens que les neurones du bulbe olfactif envoient leurs axones directement au cortex olfactif, plutôt qu’au thalamus en premier lieu. Une lésion du bulbe olfactif entraîne une perte de l’odorat. Le bulbe olfactif reçoit également des informations « descendantes » de zones du cerveau telles que l’amygdale, le néocortex, l’hippocampe, le locus coeruleus et la substantia nigra. Ses fonctions potentielles peuvent être placées dans quatre catégories non exclusives : la discrimination entre les odeurs, l’amélioration de la sensibilité de la détection des odeurs, le filtrage des odeurs de fond et la possibilité pour les zones cérébrales supérieures impliquées dans l’éveil et l’attention de modifier la détection ou la discrimination des odeurs.

La parole et le langage sont principalement attribués à des parties du cortex cérébral. Les parties motrices du langage sont attribuées à l’aire de Broca au sein du lobe frontal. La compréhension de la parole est attribuée à l’aire de Wernicke, à la jonction du lobe temporo-pariétal. Une atteinte de l’aire de Broca entraîne une aphasie expressive (aphasie non fluente) tandis qu’une atteinte de l’aire de Wernicke entraîne une aphasie réceptive.

Les lobes cérébraux

Le cortex est divisé en quatre lobes principaux : frontal, pariétal, occipital, temporal.

Les lobes cérébraux étaient à l’origine une classification purement anatomique, mais nous savons maintenant qu’ils sont également associés à des fonctions cérébrales spécifiques. Le télencéphale (cerebrum), la plus grande partie du cerveau humain, est divisé en lobes comme le cervelet. Si ce n’est pas précisé, l’expression « lobes du cerveau » fait référence au télencéphale. Il existe quatre lobes incontestés du télencéphale :

Le lobe frontal

Le lobe frontal est une zone du cerveau des mammifères située à l’avant de chaque hémisphère cérébral et positionnée en avant (devant) du lobe pariétal et supérieure et antérieure aux lobes temporaux. Il est séparé du lobe pariétal par un espace entre les tissus appelé le sillon central et du lobe temporal par un pli profond appelé le sillon latéral (sylvien). Le gyrus précentral, formant la limite postérieure du lobe frontal, contient le cortex moteur primaire, qui contrôle les mouvements volontaires de parties spécifiques du corps.

Le lobe frontal contient la plupart des neurones sensibles à la dopamine dans le cortex cérébral. Le système dopaminergique est associé à la récompense, à l’attention, aux tâches de mémoire à court terme, à la planification et à la motivation. La dopamine tend à limiter et à sélectionner les informations sensorielles que le thalamus envoie au cerveau antérieur. Un rapport de l’Institut national de la santé mentale indique qu’une variante génétique qui réduit l’activité de la dopamine dans le cortex préfrontal est liée à une moins bonne performance dans cette région lors de tâches de mémoire ; cette variante génétique est également liée à un risque légèrement accru de schizophrénie.

On considère que le lobe frontal contribue à nos qualités les plus humaines. Des dommages au lobe frontal peuvent entraîner des changements de personnalité et des difficultés de planification. Les lobes frontaux sont les structures cérébrales les plus spécifiquement humaines.

Le lobe pariétal

Le lobe pariétal est une partie du cerveau positionnée au-dessus (supérieure) du lobe occipital et derrière (postérieure) le lobe frontal. Le lobe pariétal intègre des informations sensorielles provenant de différentes modalités, notamment le sens spatial et la navigation. Par exemple, il comprend le cortex somatosensoriel et le flux dorsal du système visuel. Cela permet aux régions du cortex pariétal de cartographier les objets perçus visuellement en positions de coordonnées corporelles.

Plusieurs portions du lobe pariétal sont également importantes dans le traitement du langage. En outre, ce lobe intègre les informations provenant de divers sens et aide à la manipulation des objets. Des portions du lobe pariétal sont impliquées dans le traitement visuospatial.

Le lobe occipital

Les deux lobes occipitaux sont les plus petits des quatre lobes appariés du cortex cérébral humain. Situés dans la partie la plus arrière du crâne, les lobes occipitaux font partie du cerveau antérieur. Sur le bord antérieur de l’occipital, on trouve plusieurs gyres occipitaux latéraux séparés par des sillons occipitaux latéraux. Le lobe occipital est impliqué dans le sens de la vue ; des lésions dans cette zone peuvent produire des hallucinations.

Le lobe temporal

Le lobe temporal est une région du cortex cérébral située sous la fissure latérale sur les deux hémisphères cérébraux du cerveau des mammifères. Les lobes temporaux sont impliqués dans de nombreuses fonctions, telles que la rétention des souvenirs visuels, le traitement des entrées sensorielles, la compréhension du langage, le stockage de nouveaux souvenirs, le ressenti et l’expression des émotions, et la recherche de sens. Le lobe temporal contient l’hippocampe et joue un rôle clé dans la formation de la mémoire explicite à long terme, modulée par l’amygdale. Il est impliqué dans les sens de l’odorat et du son ainsi que dans le traitement des stimuli complexes.

Des zones adjacentes dans les parties supérieures, postérieures et latérales des lobes temporaux sont impliquées dans le traitement auditif de haut niveau. Le lobe temporal est impliqué dans la perception auditive primaire telle que l’audition et détient le cortex auditif primaire. Le gyrus temporal supérieur comprend une zone où les signaux auditifs provenant de l’oreille atteignent d’abord le cortex cérébral et sont traités par le cortex auditif primaire dans le lobe temporal gauche.

Les zones associées à la vision dans le lobe temporal interprètent la signification des stimuli visuels et établissent la reconnaissance des objets. La partie ventrale des cortex temporaux semble être impliquée dans le traitement visuel de haut niveau de stimuli complexes tels que les visages (gyrus fusiforme) et les scènes (gyrus parahippocampique). Les parties antérieures de ce courant ventral du traitement visuel sont impliquées dans la perception et la reconnaissance des objets.

Matière blanche du cerveau

La matière blanche est composée d’axones myélinisés et de glie et relie des zones distinctes du cortex.

La matière blanche est l’une des deux composantes du système nerveux central (SNC). Elle se compose principalement de cellules gliales et d’axones myélinisés et forme l’essentiel des parties profondes du cerveau et des parties superficielles de la moelle épinière. Dans un cerveau fraîchement coupé, le tissu de la substance blanche apparaît blanc rosé à l’œil nu car la myéline est composée en grande partie de tissu lipidique contenant des capillaires. Les axones de la substance blanche transmettent les signaux des différentes zones de substance grise (emplacement des corps des cellules nerveuses) du cerveau entre elles et transportent les impulsions nerveuses entre les neurones. Alors que la matière grise est principalement associée au traitement et à la cognition, la matière blanche module la distribution des potentiels d’action, agissant comme un relais et coordonnant la communication entre les différentes régions du cerveau.

Tracts

Il existe trois types différents de tracts (faisceaux d’axones) qui relient une partie du cerveau à une autre au sein de la substance blanche :

• Les tracts de projection s’étendent verticalement entre les zones cérébrales supérieures et inférieures et les centres de la moelle épinière, et transportent les informations entre le cerveau et le reste du corps. D’autres voies de projection transportent des signaux vers le haut, jusqu’au cortex cérébral. Supérieurs au tronc cérébral, ces tracts forment une large feuille dense appelée capsule interne entre le thalamus et les noyaux basaux, puis rayonnent en divergeant, en éventail, vers des zones spécifiques du cortex.
• Les tracts commissuraux passent d’un hémisphère cérébral à l’autre par des ponts appelés commissures. La grande majorité des trajets commissuraux passent par le grand corps calleux. Quelques trajets passent par les commissures antérieures et postérieures, beaucoup plus petites. Les voies commissurales permettent aux côtés gauche et droit du cerveau de communiquer entre eux.
• Les voies d’association relient différentes régions au sein d’un même hémisphère du cerveau. Les longues fibres d’association relient différents lobes d’un hémisphère entre eux, tandis que les fibres d’association courtes relient différents gyri au sein d’un même lobe. Parmi leurs rôles, les voies d’association relient les centres de perception et de mémoire du cerveau.

Corpus Callosum

Le corpus callosum (latin :  » corps dur « ), également appelé commissure colossale, est un large faisceau plat de fibres neurales situé sous le cortex dans le cerveau euthérien, au niveau de la fissure longitudinale. Elle relie les hémisphères cérébraux gauche et droit et facilite la communication interhémisphérique. C’est la plus grande structure de substance blanche du cerveau, constituée de 200 à 250 millions de projections axonales controlatérales.

La partie postérieure du corps calleux est appelée le splénium, la partie antérieure est appelée le genu (ou « genou »), et la zone entre les deux est le tronc ou corps du corps calleux. La partie située entre le corps et le splenium est souvent très mince et est donc appelée isthme. Le rostre est la partie du corps calleux qui se projette vers l’arrière et l’intérieur du genu le plus antérieur. Le rostre est ainsi nommé en raison de sa ressemblance avec le bec d’un oiseau.

L’engorgement du corps calleux (ACC) est un trouble congénital rare dans lequel le corps calleux est partiellement ou totalement absent. Elle est généralement diagnostiquée dans les deux premières années de la vie et peut se manifester par un syndrome sévère dans la petite enfance ou l’enfance, par une condition plus légère chez les jeunes adultes ou par une découverte fortuite asymptomatique. Les premiers symptômes de l’ACC comprennent généralement des crises d’épilepsie qui peuvent être suivies de problèmes d’alimentation et de retards dans la tenue de la tête droite, la station assise, la station debout et la marche. Une hydrocéphalie peut également se produire.

Les autres symptômes possibles comprennent des troubles du développement mental et physique, de la coordination œil-main et de la mémoire visuelle et auditive. Dans les cas légers, des symptômes tels que des crises, un langage répétitif ou des maux de tête peuvent ne pas apparaître avant des années.

Ganglions de la base

Les ganglions de la base sont importants pour le contrôle des mouvements et la formation des habitudes, et chacun de ses composants a une organisation anatomique et neurochimique interne complexe.

Les ganglions de la base (ou noyaux de la base) sont un groupe de noyaux d’origine variée dans le cerveau des vertébrés qui agissent comme une unité fonctionnelle cohésive. Ils sont situés à la base du cerveau antérieur et sont fortement connectés avec le cortex cérébral, le thalamus et d’autres zones du cerveau. Les composantes des ganglions de la base comprennent le striatum, le pallidum, la substantia nigra et le noyau subthalamique. Chacun de ces composants possède une organisation anatomique et neurochimique interne complexe.

Structure

Les principaux composants des ganglions de la base sont :

• Striatum, ou néostriatum : Ce composant se compose de 3 divisions : le caudé, le putamen et le striatum ventral (comprend le noyau accumbens). Le striatum reçoit des entrées de nombreuses zones du cerveau, mais n’envoie des sorties qu’aux autres composants des ganglions de la base.
• Globus pallidus, ou pallidum : Cette composante est composée du globus pallidus externa (GPe) et du globus pallidus interna (GPi). Le pallidum reçoit son entrée la plus importante du striatum (directement ou indirectement), et envoie une sortie inhibitrice à un certain nombre de zones liées à la motricité, y compris la partie du thalamus qui projette vers les zones du cortex liées à la motricité.
• Substantia nigra : Cette composante est constituée de la substantia nigra pars compacta (SNc) et de la substantia nigra pars reticulata (SNr). La SNr fonctionne de manière similaire au pallidum, et les cellules de la SNc contiennent de la neuromélanine et produisent de la dopamine (un neurotransmetteur) pour l’entrée dans le striatum.
• Noyau subthalamique (STN) : Le STN reçoit des entrées principalement du striatum et du cortex, et se projette vers une portion du pallidum (portion interna ou GPi). C’est la seule portion des ganglions qui produit un neurotransmetteur excitateur, le glutamate. Le rôle du noyau subthalamique est de stimuler le complexe SNr-GPi, et il reçoit une entrée inhibitrice du GPe et envoie un signal excitateur au GPi.

Fonction

Les ganglions de la base sont associés à une variété de fonctions, y compris le contrôle moteur volontaire, l’apprentissage procédural relatif à des comportements ou des habitudes de routine comme le bruxisme, les mouvements oculaires, et les fonctions cognitives, émotionnelles. Actuellement, les théories populaires impliquent les ganglions de la base principalement dans la sélection de l’action, c’est-à-dire la décision des différents comportements possibles à exécuter à un moment donné. Des études expérimentales montrent que les ganglions de la base exercent une influence inhibitrice sur un certain nombre de systèmes moteurs et que la levée de cette inhibition permet à un système moteur de devenir actif. Le changement de comportement qui a lieu dans les ganglions de la base est influencé par des signaux provenant de nombreuses parties du cerveau, notamment le cortex préfrontal, qui joue un rôle clé dans les fonctions exécutives.

Les ganglions de la base jouent un rôle central dans un certain nombre d’affections neurologiques, dont plusieurs troubles du mouvement. Les plus notables sont la maladie de Parkinson, qui implique une dégénérescence des cellules productrices de dopamine pigmentées par la mélanine dans la substantia nigra pars compacta (SNc), et la maladie de Huntington, qui implique principalement des dommages au striatum. Le dysfonctionnement des ganglions de la base est également impliqué dans certains autres troubles du contrôle du comportement tels que le syndrome de Gilles de la Tourette, le ballismus (en particulier l’hémibalisme), les troubles obsessionnels compulsifs et la maladie de Wilson (dégénérescence hépatolenticulaire). A l’exception de la maladie de Wilson et de l’hémiballisme, les mécanismes neuropathologiques qui sous-tendent les maladies des ganglions telles que la maladie de Parkinson et la maladie de Huntington ne sont pas très bien compris ou sont au mieux des théories encore en développement.

Les ganglions de la base possèdent un secteur limbique dont les composantes sont le noyau accumbens, le pallidum ventral et l’aire tegmentale ventrale (ATV). On pense que ce secteur limbique joue un rôle central dans l’apprentissage de la récompense, en particulier une voie allant de l’ATV au noyau accumbens qui utilise le neurotransmetteur dopamine. Un certain nombre de drogues hautement addictives, dont la cocaïne, les amphétamines et la nicotine, agiraient en augmentant l’efficacité de ce signal dopaminergique.

Système limbique

Le système limbique constitue la bordure interne du cortex et est vital pour les émotions, la motivation et la mémoire.

Le système limbique, ou cerveau paléomammalien, est un ensemble de structures cérébrales situées dans le précortex et le sous-cortex du cerveau. Il comprend l’hippocampe, l’amygdale, les noyaux thalamiques antérieurs, le septum, le cortex limbique et le fornix, et prend en charge diverses fonctions, notamment les émotions, le comportement, la motivation, la mémoire à long terme et l’olfaction. Le terme  » limbique  » vient du latin limbus, pour  » frontière  » ou  » bord « , car le système limbique forme la frontière interne du cortex.

Anatomie du système limbique

Le système limbique est constitué de diverses structures qui soutiennent chacune des fonctions cérébrales distinctes.

Hippocampe et structures associées

• Hippocampe : Nécessaire à la formation des souvenirs à long terme et impliqué dans le maintien des cartes cognitives pour la navigation.
• Amygdale : Impliquée dans la signalisation au cortex de stimuli significatifs sur le plan motivationnel, comme ceux liés à la récompense et à la peur, et dans les fonctions sociales, comme l’accouplement.
• Fornix : Une structure de la substance blanche qui transporte les signaux de l’hippocampe vers les corps mammillaires et les noyaux septaux.
• Corps mammillaire : Important pour la formation de la mémoire.

Noyaux septaux

• Ils se trouvent sous le rostre du corps calleux et en avant de la lamina terminalis. Les noyaux septaux reçoivent des connexions réciproques du bulbe olfactif, de l’hippocampe, de l’amygdale, de l’hypothalamus, du mésencéphale, de l’habenula, du gyrus cingulaire et du thalamus.

Lobe limbique

Une structure phylogénétiquement ancienne composée des structures suivantes :

• Gyrus parahippocampique : Joue un rôle dans la formation de la mémoire spatiale
• Gyrus cingulaire : Accomplit des fonctions autonomes régulant le rythme cardiaque, la pression artérielle et le traitement cognitif et attentionnel
• Gyrus denté : Censé contribuer à la formation de nouveaux souvenirs

Structures supplémentaires

• Cortex entorhinal : Composantes importantes de la mémoire et de l’association
• Cortex piriforme : Traite les informations olfactives
• Gyrus corniculé : Région englobant le gyrus cingulaire et le gyrus parahippocampique
• Nucléus accumbens : Impliqué dans la récompense, le plaisir et la dépendance
• Cortex orbitofrontal : Impliqué dans le traitement cognitif lors de la prise de décision

Fonctionnement du système limbique

Le système limbique fonctionne en influençant le système endocrinien et le système nerveux autonome. Il est fortement interconnecté avec le noyau accumbens, le centre du plaisir du cerveau, qui joue un rôle dans l’excitation sexuelle et le « high » dérivé de certaines drogues récréatives.

Les structures du système limbique sont impliquées dans la motivation, l’émotion, l’apprentissage et la mémoire.

Le système limbique est également étroitement connecté au cortex préfrontal. Certains scientifiques affirment que cette connexion est liée au plaisir obtenu par la résolution de problèmes. Pour soigner des troubles émotionnels graves, cette connexion était parfois sectionnée chirurgicalement, une procédure de psychochirurgie appelée lobotomie préfrontale. Les patients qui ont subi cette procédure sont souvent devenus passifs et ont manqué de motivation.