Développement du Système Nerveux I – Introduction Plasticité

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Développement du Système Nerveux
I – Introduction
Plasticité : capacité qu’ont les corps déformables de changer leurs formes sous l’action d’une
force extérieure et de conserver cette déformation lorsque la force a cessé d’agir.
Ne pas confondre avec élasticité et flexibilité : propriété qu’on les corps déformables de
reprendre leur forme et leur volume primitif quand la force qui s’exerce sur eux a cessé d’agir.
Dans le cas du système nerveux (SN), la plasticité est un terme utilisé dans 2 sens différents :
- propriété qu’on les organisations vivantes d’être des structures organisées et
modelables c'est-à-dire malléable et déformable sous la contrainte du milieu extérieur.
- propriété qu’on les organismes vivants d’être des structures organisantes c'est-à-dire
génératrice et créatrice d’ordres à différents niveaux, c’est ce qu’on appelle la
morphogenèse planifiée par des programmes génétiques (croissance).
Le SN possède une structure, un fonctionnement et une fonction.
La structure du système est défini par :
- une structure d’interface : lieu d’interaction avec son environnement (membrane
extérieure, sens, récepteurs)
- une structure de connectivité interne : éléments qui constituent le système et le
solidarise (neurone, substance grise et blanche)
Ce système va modifier sa configuration spatio-temporelle en réponse à différents stimuli ;
c’est ce qu’on appelle fonctionnement interne.
La fonction du système correspond aux produits du fonctionnement exprimé par une
production ou réaction du système par rapport aux éléments de son environnement.
Ex : réflexe myotatique : fonction = contraction du muscle étiré, structure = afférence,
efférence.
Changement durable de la structure du système nerveux central :
- transformation des espèces dans leur morphologie et leur capacité réactionnelle. Elle
traduit une certaine mutabilité du génome, on parle de mutabilité évolutive (selon
DARWIN) et de phylogenèse.
- Epigenèse (au niveau individuel) : l’embryon se construit graduellement par addition
de partie nouvelle. On assiste à une malléabilité du SN au cours de son
développement. C’est aussi la mise en forme de la structure sous l’influence de
l’extérieur, on parle d’ontogénétique.
- Capacité du système ayant achevé son développement à remanier sa propre structure
et à enrichir son répertoire réactionnel de nouvelles possibilités non initialement
présente dans son répertoire, c’est la plasticité adaptative (ex : nouvel apprentissage).

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II – Neurobiologie du développement
Développement : transformation aboutissant à l’élaboration d’une structure plus complexe qui
la structure d’origine.
Elle est sous l’influence de 2 facteurs qui interagissent :
- facteur maturatif (intrinsèque)
- facteur originaire du milieu environnant (extrinsèque)
Maturation : ensemble des modifications qui se produisent dans l’organisme en voie de
croissance. Elles sont déclenchées génétiquement.
Mise en place du circuit génétique sous l’effet des 2 forces.
1 – Notion d’embryogenèse
La 1ère étape est la fécondation de l’ovocyte par le spermatozoïde. Il y a fusion des gamètes
(cellules reproductrices male et femelle) et formation d’une cellule unique.
Cet œuf fécondé progresse dans la cavité utérine en subissant des divisions cellulaires.
Lors de sa progression dans les trompes utérines, il vit sur ses propres réserves.
3, 4 jours après l’ovulation, l’œuf devient une morula (16 cellules) qui va évoluer ensuite en
blastocyte (128 cellules).
A ce stade de blastula, l’œuf va s’attacher à l’utérus. La paroi du blastocyte appelé
trophoblaste va permettre de s’attacher à l’utérus et va donner le placenta.
L’œuf s’implante dès le 7ème jour de grossesse : c’est la nidation.
A ce stade, le blastocyte a subit de nombreuses divisions cellulaires et la différenciation des
cellules.
A 9 jours de grossesse, on distingue le disque didermique formé de l’ectoblaste et de
l’endoblaste, on peut parlé d’embryon composé de 3 couches appelées feuillets
embryonnaires primitifs :
- ectoblaste
- mésoblaste
- endoblaste
Ce processus de formation de 3 couches est la gastrulation.
Tous les organes vont dériver de ses feuillets primitifs :
- ectoderme va donner les structures du SN et l’épiderme de la peau
- mésoderme va former la musculature, os, cartilages, vaisseaux, reins et organes
reproducteurs
- endoderme va former les muqueuses du tube digestif (estomac, foie, intestin),
l’appareil respiratoire et les glandes associées.
La gastrulation jette les bases de la structure de l’embryon et constitue une préparation aux
réarrangements qui constitue l’organogenèse (formation des organes et des systèmes).
A la fin de la période embryonnaire, alors que l’embryon n’est âgé que de 8 semaines et ne
mesure que 40mm de la tête aux fesses, tous les systèmes de l’adulte sont présents.
A partir de la 9e semaine, ce n’est plus un embryon mais un fœtus.

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Au bout du 18e jour de grossesse, une partie de l’ectoderme se dessine en sillon neural. Il
prend la forme d’une gouttière dont les bords se rejoignent pour former le tube neural
contenant le liquide céphalo-rachidien.
La partie antérieure du tube neural deviendra l’encéphale et le reste la moelle épinière. Ce
stade est appelé la neurulation.
Les cellules de la crête neurale vont migrées dans plusieurs directions pour donner la
naissance aux nerfs crâniens et rachidiens, et aux ganglions associés à ces nerfs.
A la fin du 1er mois de développement (25 jours de gestation), les 3 vésicules cérébrales
primaires sont apparentes :
- Proencéphale
- Mésencéphale
- Rhombencéphale
Dès 35 jours de gestation, on passe d’un stade à 3 vésicules à 5 encéphales :
- Télencéphale (cerveau)
- Diencéphale
- Mésencéphale
- Métencéphale (pont, cervelet)
- Myélencéphale (bulbe rachidien)
A la fin du 2ème mois de grossesse, toutes les courbures de l’encéphale sont présentes, les
hémisphères cérébraux recouvrent l’extrémité supérieure du tronc cérébral. On peut
enregistrer des ondes électro-encéphalogramme (EEG) ce qui montre une activité du cerveau.
En quelques mois, plusieurs milliards de cellules nerveuses vont être produites, mais en fait
16 semaines après la fécondation (4 mois), les divisions cellulaires des cellules nerveuses
s’arrêtent, le nombre maximal de cellule est atteint.
L’exposition de la mère aux radiations, aux substances (alcool, nicotine, opiacé), aux
infections, peut empêcher le développement normal des neurones et endommager le SN du
fœtus particulièrement dans les 1ers stades de son développement.
La rubéole entraîne souvent une surdité et autres lésions.
Le tabac diminue la quantité d’oxygène présente dans la circulation sanguine. La privation
d’O2 même de courte durée détruit les neurones et entraîne des lésions cérébrales.
Idem avec la malnutrition (ex : spina-bifida).
L’homme naît avec un cerveau qui pèse 700g (1/5 du poids adulte). Il y a augmentation des
cellules gliales, du volume du liquide céphalo-rachidien et une augmentation des vaisseaux
jusqu’à 15ans environ.
8 étapes du développement du SN :
- Induction de la plaque neurale : formation de l’ectoderme.
- Prolifération localisée de cellules dans différentes régions (formation des
vésicules cérébrales primaires, nerfs crâniens et rachidiens grâce à la crête
neurale).
- Migration des cellules de leurs lieux de fabrication vers leurs emplacements
définis
- Agrégation des cellules pour former des ensembles identifiables dans le cerveau
- Différenciation des cellules (grâce aux dendrites, axones et neurotransmetteurs
(NT))

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- Etablissement des connections avec les autres neurones via les dendrites et les
axones.
- Mort sélectif de certains neurones
- Elimination de certaines connections établis initialement et stabilisation des
autres
On assiste à une compétition sélective entre les cellules nerveuses et leurs connections.
2 – Phylogenèse et ontogenèse néocorticale
Phylogenèse : évolution de l’espèce.
Ontogenèse : évolution de l’individu
Le cerveau humain est composé de 3 cortex :
- Cortex rectilien
- Cortex limbique (émotion)
- Néocortex (pensée, imagination, conscience)
PASKO RAKIC dans les années 70, recherche sur les cartes cytoarchitectoniques qui sont des
groupes de neurones qui vont donnée sa fonction à une aire (motrice – visuelle…).
Il a fait une étude comparative entre les différentes espèces animales.
1er constat : le néocortex s’est énormément étendu au cours de la phylogenèse. Le néocortex
du rat fait moins de 1% de la surface du singe.
2ème constat : toutes les aires architectoniques ne sont pas développées également. Ex : le
cortex visuel représente 3% de la surface totale chez l’humain et 15% chez le singe.
3ème constat : de nouvelles aires cytoarchitectoniques sont apparues durant l’évolution. Ex :
Aire de BROCA qui est l’aire du langage.
4ème constat : on observe de grandes variations des tailles des aires corticales entre les espèces
mais aussi entre les hémisphères d’un même individu.
Les études des embryons de singe et sur les cellules qui font la formation du néocortex.
a – Origine des neurones corticaux
Les neurones naissent dans la zone prolifératrice près du ventricule cérébral. Ils migrent
ensuite vers le cortex guider par les cellules gliales.
Quand se forme le tube neural, il n’est limité que par une unique couche de cellules
épithéliales.
La neurogenèse va commencer par une phase intense de division cellulaire ayant pour
conséquence un épanouissement du neuroépithélium.
A ce stade, le neuroépithélium est constitué de 2 zones :
- la zone ventriculaire au contact de la lumière du tube neural. Il s’y trouve les corps
cellulaires et le noyau des cellules nerveuses
- la zone marginale externe qui contient que des prolongements cellulaires.
La mitose va toujours se faire dans la zone ventriculaire.
La mitose terminée, les cellules filles (c'est-à-dire les cellules produites) émettent un
prolongement en direction de la zone marginale.
Grâce à ce prolongement, le noyau migre jusqu’à la limite entre la zone ventriculaire et
marginale.

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C’est là que l’ADN nécessaire à la production à la prochaine division cellulaire, est
synthétisé.
Le noyau migre en sens inverse vers sa position la plus interne, le prolongement se rétracte.
La cellule dont le noyau contient maintenant 2 copies de son matériel génétique s’arrondie
près de sa surface ventriculaire et la mitose suivante survient.
Le cycle des divisions se répète ainsi de nombres fois mais le nombre de cycles n’est pas le
même tout au long du tube neural.
Au bout d’un nombre variable de cycles, les cellules filles pendant leur capacité à synthétiser
l’ADN.
Elles n’émettent plus de prolongement vers la zone marginale mais quittent la zone
ventriculaire pour former la zone intermédiaire.
Ces cellules sont devenues des neuroblastes. Certains deviendront des neurones et ont
définitivement perdus la possibilité de se diviser.
Ce moment marque le jour de leur naissance.
Les autres neuroblastes donneront les cellules de la glie et pourront à se continuer à se diviser
pendant toute la vie de l’organisme.
b – Migration, position laminaire et phénotype des neurones corticaux
Au niveau de la zone de prolifération, on a un assemblage de cellules qui forment la
protocarte.
Les cellules constituent la paroi du tube neural. Elles vont se détacher et migrer grâce aux
cellules gliales radiales.
L’organisation du cortex est faite en colonnes. Chaque groupe de cellules souches de la zone
ventriculaire donne ainsi naissance à ces colonnes de neurones étroitement liées entre eux
appelées colonnes ontogénétique.
La migration est très lente (1/10 de mm par jour).
Les neurones les plus anciennement formés se situent dans les couches les plus profondes du
cortex.
Des vagues successives de neurones occuperont ensuite des positions de plus en plus
superficielles.
De cette manière, les neurones les plus récents seront situés dans les couches les plus
externes.
Le moment de génération d’un neurone donc sa date de naissance détermine très précisément
sa position finale dans le cerveau et donc l’ensemble de ses futures connexions.
Les 1ers neurones au sein des mêmes unités prolifératives seront les 1ers à migrer. Ils
occuperont les couches corticales les plus profondes.
Les neurones générés par la suite migreront plus tard.
Les couches profondes du cortex étant déjà occupées par les neurones, ils migreront plus loin
pour constituer des couches de plus en plus superficielle du cortex.
Des neurones qui occupent la même couche ont le même ????.
Les neurones de la même unité proliférative, nés à des moments différents n’occuperont pas la
même couche.
Une fois la destination finale atteinte les corps cellulaires des neurones développent leurs
dendrites et leurs axone qui vont leurs permettre de faire connexion avec les autres neurones.
Les cellules de la glie radiale vont rétracter leurs prolongements quand les neurones corticaux
auront atteints leurs destinations.