1 PLAN du cours

PLAN du cours
DEUST 1ère année
Pratique et gestion des activités physiques et
sportives et de loisirs pour les publics Seniors
I.
UE 6.1
Enseignements fondamentaux
Neuro-anatomie fonctionnelle
Les grandes découvertes sur le SN
humain
II. Niveaux d’organisation du SN
III. Anatomie fonctionnelle du SNC
I.
LES GRANDES
DECOURVERTES SUR LE SN
HUMAIN
Jessica TALLET
Bureau 207 Pôle Sport
[email protected]
1. Le SN: objet d’étude des
NeuroscienceS
• Neurosciences = sciences du
cerveau
2. Un peu d’histoire…
2.1. Point de vue de la philosophie sur le SN
BUT: comprendre l’esprit humain
• Plus généralement, les
neurosciences s’intéressent à
l’étude du SYSTEME NERVEUX.
Platon (-427 -348) et Aristote (-384 -322)
1
2.2. Point de vue de la médecine antique sur
le SN
BUT: soigner des patients atteints de
maladies
Cette gravure sur
bois,
tirée d'une étude de
Descartes,
de 1686, illustre sa
croyance
en un lien entre les
yeux
et la glande pinéale.
Hippocrate (Grèce, 5e si ècle av. J.-C.)
Galien (Rome, 2e siècle ap J.-C)
• Pourtant… Environ 3500 ans avant notre
ère : les égyptiens possédaient déjà une
connaissance avancée des fonctions
cérébrales et des principes de la neurologie
2.3. Point de vue de la biologie sur le SN
BUT: comprendre la structure du cerveau:
sa composition et son organisation
Le « papyrus chirurgical d ’Edwin Smith »
Galvani, 1791, l’électricité animale
2
• Brodmann (1909): 52 aires cérébrales
découvertes à partir de la cytoachitectonie
Ramon y Cajal (vers 1870,
prix nobel médecine en 1906)
Dessin de Golgi (1870) d’un hippocampe (partie interne du cerveau) figé
par coloration du tissu nerveux
- « théorie neuronale »
- principe de sp écificité des connexions
- principe de polarisation dynamique
- découverte de la « synapse » (nom donné
par Sherrington)
Vue latérale
Vue médiale
2.4.1. La neuropsychologie
2.4. Point de vue de la psychologie sur le SN
BUT: mettre en relation la structure du cerveau et
ses fonctions
BUT: comprendre quelle partie du cerveau
commande chaque fonction particulière
(mémoire, langage, perception,
attention…), et comment.
MOYEN: observation du comportement de
patients et examens post-mortem ou
méthode des dissociations fonctionnelles
• La neuropsychologie est bas ée sur une
approche localisationniste
« Le cerveau se compose d’autant de
systèmes particuliers qu’il exerce de
fonctions distinctes. »
3
19 ème siècle: Examens post -mortem
Carl Wernicke
PaulBroca (1861)
Phrénologie (Gall, 1808)
Le cerveau du patient « Tan »
lésion cérébrale localisée dans la 3ème
circonvolution du lobe frontal gauche (1861)
èLien aire de Broca – production langage
Représentation de la lésion du patient
Phineas Gage (1848)
Phineas Gage n ’est pas mort
Mais apparition de troubles du
comportement (humeur
changeante, souvent grossier,
inconstant, capricieux et
désinhibé) + problèmes des
fonctions exécutives
(planification, inhibition,
raisonnement)
Cette barre de fer de 1,10 mètre de long,
trois centimètres de section et pesant 6
kilos a pénétré sous la joue gauche de
Phineas pour ressortir par le sommet de
son crâne, traversant ainsi le lobe frontal
de son cerveau.
20ème siècle: m éthode des dissociations
fonctionnelles
à Méthode: observations des symptômes présent és par
des patients VIVANTS présentant des lésions c érébrales
accidentelles, congénitales ou chirurgicales
Un cerveau avec une lésion responsable
d’une aphasie de Wernicke, située dans la
partie posté rieure du lobe temporal
gauche (1871)
èLien aire de Wernicke – compréhension langage
Hypothèse: rôles fonctionnels à différentes régions
cérébrales
Pour valider cette hypothèse: il faut trouver
- un patient qui a une lésion X, ne réussi bien que la tâche
A et a des difficultés pour la tâche B et
- un autre patient qui a une lésion Y, réussi la tâche B
correctement mais pas la A.
Ainsi, on peut dissocier fonctionnellement deux régions
cérébrales.
è Lien entre le lobe frontal et les fonctions ex écutives et
le comportement social
4
Le cas du patient HM
1953 : ablation des 2 lobes temporaux dont
l’hippocampe et l’amygdale
è MAIS… mémoire proc édurale intacte: capable
d’apprendre de nouvelles informations perceptivo-motrices
(apprentissage d’une tâche de poursuite en miroir)
Dissociation inverse: Le cas d’un patient parkinsonien
Lésion au niveau des
ganglions de la base
è Mémoire déclarative
intacte (capable
d’apprendre de nouvelles
informations verbales)
è Syndrome amn ésique: oubli des faits récents (repas,
personnes, év ènements …), incapacité à apprendre de
nouvelles informations verbales et de les retenir à long
terme à mémoire déclarative altérée
Lésion
Lobes
temporaux,
hippocampe
(H.M.)
Sous-cortical,
ganglions de la
base (Parkinson)
Déclarative
(informations
verbales)
Altérée
Préservée
Procédurales
(informations
motrices)
Préservée
Altérée
Mémoire
à Double dissociation fonctionnelle : les deux régions
cérébrales ont des rôles fonctionnels différents
à Les lobes temporaux semblent être responsables de la mé moire
déclarative alors que les structures sous-corticales telles que les GB
seraient en charge de la mémoire procédurale.
Il faut repasser les contours de
l’étoile sans dépasser, alors que le
mouvement est vu en miroir.
è MAIS… mémoire
procédurale altérée
(incapable d’apprendre de
nouveaux mouvements)
Nombre d’erreurs (dépassement
du crayon) commises par le patient
H.M.
2.4.2. La psychologie expérimentale
Influencée par les avancées dans le domaine de
l’informatique, la psychologie cognitive considère
que le cerveau fonctionne comme un ordinateur
BUT: comprendre comment fonctionne le
SN
Stimulus
MOYEN: expériences sur des personnes
saines et vivantes
Traitements
(calculs)
1. Perception
2. Décision
3. Programmation
Réponse
5
3. Les neurosciences à l’heure actuelle
1.
Champ de recherche à l’interface entre de
nombreuses disciplines
II. NIVEAUX D’ORGANISATION DU SN
Qui profite des avancées technologiques
pour se d évelopper et analyser l’activité du
cerveau en temps réel et de plus en plus
finement (techniques d’EEG, IRMf , …)
1.1. Les cellules du SN : neurones et
cellules gliales
1.1.2. Les cellules gliales (de soutien)
1.1.1. Les neurones
INFORMATION
AFFERENTE
se dirige vers le
corps cellulaire
Organisation microscopique
Corps
cellulaire
INFORMATION
EFFERENTE
s’éloigne du
corps cellulaire
6
1.2. La communication entre neurones
Enregistrement intracellulaire du signal
électrique
1.2.1. Communication électrique entre les
neurones
Potentiel d’action (PA) du neurone
Dépolarisation du potentiel de membrane
PA = somme des informations afférentes =
phénom ène d’intégration synaptique
7
Apparition d’un PA selon la loi du « tout ou rien »:
Pour qu’il y ait potentiel d’action, la dépolarisation au
point stimul é doit dépasser un certain seuil
Propagation du PA
• L’amplitude des PA ne diminue pas avec
la distance
Principes de sommation spatiale et temporelle
Propagation du PA
• Unidirectionnalité de l’influx nerveux
Propagation du PA (gaine de myéline)
1.2.2. Communication chimique entre les
neurones
8
Communication synaptique
Les étapes
• Synapses excitatrices vs. Inhibitrices
(selon le neurotransmetteur)
excitation
inhibition
Synapse
• La synapse: jonction avec communication
chimique entre deux neurones
• Cerveau humain : env. 10 000 milliards de
synapses
Le réflexe d ’extension de la jambe
1.2.3. Réseaux / circuits neuronaux
1- Le marteau frappe
le tendon du
quadriceps.
Activation des
récepteurs à
l’étirement
PPSE
Les fibres afférentes sensorielles activ ée s
font synapse dans la moelle épinière:
- 2B : directement avec les motoneurones α
de la corne dorsale innervant les
extenseurs.
- 2B et 2C : indirectement en faisant
synapse avec des interneurones inhibiteurs
connectés aux motoneurones
α des
muscles antagonistes (fléchisseurs).
3A : Les motoneurones α déchargent et
stimulent les extenseurs
qui se
contractent
(Réflexe monosynaptique)
3B : Les fléchisseurs sont relaxés car les
motoneurones α qui les innervent sont
inhibés (silencieux)
(Réflexe disynaptique)
4 : l’extension de la jambe
Enregistrements intracellulaires
des réponses des éléments du
circuit du réflexe myotatique
PPSE
PPSI
9
SYSTEME
NERVEUX
CENTRAL
• Réflexe myotatique
à Tonus musculaire: maintien d’un faible
niveau de tension continu, maintien de la
posture
SYSTEME
NERVEUX
PERIPHERIQUE
2. Organisation macroscopique
2.1. Distinction SNC / SNP
à Recherché par les médecins : intégrité de
la moelle épinière
Tiré de Purves & Coquery (2005)
• Système nerveux central = encéphale et moelle épinière.
Noyaux = masses compactes de neurones ayant des
connexions et des fonctions semblables)
Cortex = neurones dispos és en couches
• Système nerveux périphérique : les prolongements des
neurones sensitifs connectant les récepteurs de la
surface ou de l’intérieur du corps aux circuits de
traitement adéquats + axones des neurones moteurs
ayant pour cible les muscles, mais également le
contingent moteur v égétatif (ou autonome). Les
prolongements des différents neurones se réunissent
pour former des nerfs.
2.2. Anatomie
générale du SNC
Encéphale +
Moelle épinière
Encéphale = télencéphale (cortex composé par les 2
hémisphères, ganglions de la base, syst ème
limbique) +
diencéphale (thalamus, hypothalamus)
+ cervelet
+ tronc cérébral (m é sencéphale, pont et bulbe
rachidien)
10
Conventions anatomiques
Matière grise
(corps cellulaires)
Plans de coupe :
sagittale
axiale (horizontale)
Matière blanche
(fibres)
coronale
Coupe horizontale
• Le SNC: un tissu fragile et protégé
- Boite crânienne et colonne vert ébrale
- Méninges (3 couches)
Vertèbre
Substance
blanche
Dure-mère
et
Arachnoïde
• Le SNC: un tissu extrêmement vascularisé
- Liquide céphalo-rachidien
- Vascularisation importante
Substance
grise
11
Embolie par caillot venant du coeur
AVC
75% des cas d'accident vasculaire cérébral
surviennent chez les plus de 75 ans
- par obstruction d'un vaisseau sanguin = embolie (80 % des AVC)
- par hémorragie, provoquant un saignement dans le cerveau (20 %
des cas).
Vues coronales
• Réflexe = mouvement non acquis, involontaire
et persistant, reproductible. Un réflexe
n’implique que la MOELLE EPINIERE.
3 niveaux
1- Moelle épinière
III. ANATOMIE FONCTIONNELLE DU SNC
• Mouvement automatique primaire correspond à
une réponse motrice plus complexe (séquences
comportementales générales : par exemple
postures, la déglutition, locomotion). Il implique
certains noyaux du TRONC CEREBRAL.
2- Tronc cérébral
3- Télencéphale,
diencéphale,
cervelet
Sherrington (1906)
• Le mouvement volontaire implique la mise en
œuvre de programmes moteurs +/- complexes
(prendre un objet, coordonner ses
mouvements…). Il est sous la dépendance des
différentes régions de l ’ENCEPHALE.
12
Organisation somatotopique de la ME (par segment)
1. Anatomie fonctionnelle de la moelle
épinière (ME)
1.1. Principes d’organisation fonctionnelle
de la ME
Dermatome:
territoire cutané
innervé par un
ganglion spinal
de la racine
dorsale et par
son nerf
Tiré de Kolb et a l., 2002
Remarque: Pour les nerfs cervicaux
•
7 vertèbres – 8 paires de nerfs
•
C1 : nerf sortant au -dessus de la première vertèbre cervicale c'està-dire entre le crâne et l'Atlas qui supporte la base du crâne
C2 : nerf spinal sortant entre la première vertèbre cervicale et la
deuxi ème vertèbre cervicale
C3 : entre la deuxi ème et la troisième vertèbre cervicale
C4 : entre la troisième et la quatri ème vert èbre cervicale
C5 : entre la quatri ème et la cinquième vertè bre cervicale
C6 : entre la cinquième et la sixi ème vert èbre cervicale
C7 : entre la sixi ème et la septième vertèbre cervicale
C8 : entre la septième vertèbre cervicale et la première vertèbre
dorsale
•
•
•
•
•
•
•
• La ME permet le passage des
informations sensorielles afférentes via
des voies ascendantes et des informations
motrices efférentes via des voies
descendantes
13
Motoneurone alpha = reçoit l’information de
diverses sources et envoie l’information aux
muscles
Organisation proximo-distale de la ME
Loi de Bell et Magendie
Racines ventrales
Les informations efférentes
partent de la moelle épinière
vers le corps vers via les
RACINES VENTRALES
Racines dorsales
Ganglion spinal
Informations allant vers les
muscles
Les informations afférentes
arrivent du corps vers la
moelle épini ère via les
RACINES DORSALES
• La sensibilité dépend de l’emplacement
des récepteurs dans le corps
1.2. Voies sensorielles ascendantes
• La moelle épinière transmet les
informations:
-
Tactiles
Proprioceptives
Douloureuses
Thermiques
INFORMATIONS SOMESTHESIQUES
14
Une fois dans la moelle:
2 possibilités
1/
En bleu sur le schéma
1/ Certaines branches des axones font
synapse avec des neurones situés dans le
même segment de la ME (réflexe
myotatique)
• Les récepteurs envoient des potentiels
d’action aux neurones sensitifs situés
dans les ganglions spinaux, dans la racine
dorsale du nerf (neurones du premier
ordre)
2/ D’autres montent jusqu’à l’encéphale via
la voie ascendante
• Les informations somesthésiques sont
transmises dans la partie DORSALE de la
ME
2/ Voie ascendante
Voie ascendante: voie des colonnes
dorsales -lemnisque médian
• Informations ascendante jusqu’à
l’encéphale
1.3. Voies motrices descendantes
– La branche principale monte dans les
colonnes dorsales jusqu’à l’encéphale
(neurones du deuxi ème ordre)
– Après avoir croisé, elles forment le lemnisque
médian
15
Tiré de McGill
• Les informations efférentes vont du cortex
aux muscles
• On les appellent les VOIES CORTICOSPINALES. Elles permettent au cortex
d’envoyer des informations aux muscles.
• Elles sortent par les RACINES
VENTRALES de la ME
2 voies
motrices
corticospinales
Décussation
Muscles
proximaux
Déficit controlatéral à la
lésion (du côté opposé)
• Lésion à n’importe quel niveau du
parcours des voies motrices = syndrome
pyramidal
Pas de
décussation
– Si lésion avant décussation: déficit
controlatéral à la l ésion
– Si lésion après décussation du faisceau
cortico-spinal latéral: déficit ipsilatéral à la
lésion
Muscles axiaux
Sections transversales de la moelle
Symptômes
Période initiale d’hypotonie = choc spinal (paralysie
flasque, perte des réflexes)
• Tétraparésie ou tétraplégie si lésion est
au dessus de 7 ème cervicale
Déficit ipsilatéral à la
lésion (du même côté)
• Paraparésie ou paraplégie avec
utilisation possible des membres
supérieurs si lésion au dessous de 7 ème
cervicale
Après quelques jours, symptômes moteurs stables:
• Signe de Babinski
• Spasticit é (augmentation tonus musculaire, exagération
des réflexes) : retrait des influences inhibitrices du cortex
• Perte de la capacité à exécuter des mouvements fins
• Perte de la force musculaire des membres inf. et sup,
mais motricité axiale et proximale relativement
conserv ée
16
1.4. Résum é des rôles de la ME
• Activité réflexe (réflexe myotatique,
myotatique inverse, réflexe de retrait)
Signe de Babinski. Alors que
la réponse plantaire normale
consiste en une flexion des
orteils, le signe de Babinski
consiste en une ouverture
anormale en éventail des
orteils ainsi qu’une extension
du gros orteil.
2. Anatomie fonctionnelle du tronc cérébral
(TC)
• MAIS: La ME étant une voie de passage
des informations entre le cortex et les
muscles, son intégrité est nécessaire au
contrôle moteur volontaire
Rôle dans la motricité
• Le TC est impliqué dans les s équences de
comportement (boire, manger, marcher,
nager…) mais également dans la posture
et les coordinations
3. Anatomie fonctionnelle de l’encéphale
3.2. Afférences sensorielles
Les afférentes sensorielles arrivent, via la
voie ascendante, au cortex
somatosensoriel
• Les effets d’une lésion du TC impliquent
des altérations de s équences
comportementales
à motricité automatique primaire
17
Expériences de Penfield (1930)
Organisation somatotopique
du cortex somatosensoriel
Scissure
de
Rolando
Homonculus du cortex
somatosensoriel
Penfield (1930-1950)
3.3. Efférences motrices
« Carte corticale »
L’origine des efférentes motrices, envoyées via
les voies descendantes pour réaliser un
mouvement volontaire, est le cortex moteur
primaire
18
• Organisation somatotopique du cortex
moteur primaire
Sillon central
avant
Homonculus du cortex moteur
primaire
Penfield (1930-1950)
arri èr e
Pour des compléments de cours:
• Site internet: le cerveau à tous les niveaux
• Livre:
19