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Organisation anatomique et fonctionnelle
du système nerveux central
Plan du cours
1. Présentation générale du système nerveux
2. Les méthodes d’investigation du SNC
2.1. La neuroanatomie
2.2. L’étude des lésions
2.3. L’exploration neurophysiologique
2.4. L’imagerie fonctionnelle
3. L’organisation anatomo-fonctionnelle du SNC
3.1. Développement du SNC
3.2. Organisation du SNC
3.3. Le système ventriculaire
3.4. Les méninges
3.5. La vascularisation
1. Présentation générale du système nerveux
Système Nerveux Central (SNC)
=
encéphale + moelle épinière
encéphale
Cerveau
Tronc
cérébral
encéphale = cerveau + cervelet + tronc cérébral
Système Nerveux Périphérique (SNP)
=
nerfs sensitifs + moteurs
(somatique et végétatifs = SNV)
SNC
SNP
ensemble
d’axones
faisceau
nerf
ensemble de
corps cellulaires
noyau
ganglion
1.1. Les systèmes neuronaux
anatomiquement  SNC, SNP
fonctionnellement  systèmes sensoriels, moteurs et associatifs
1.2. Les circuits neuronaux
Constitués de neurones afférents (sensoriels), de neurones efférents
(motoneurones) et parfois d’interneurones
 circuits fonctionnels
ex : le réflexe d’étirement (ou myotatique)
& l’arc réflexe
d’innervation réciproque
+
-
2. Les méthodes d’investigation du SNC
 résolution spatiale et temporelle spécifique : complémentarité
2.1. La neuroanatomie
Etude, au microscope, de la structure du système nerveux (SN) :
- composants neurone = neuroanatomie microscopique
- structure globale, connexions = anatomie macroscopique
2.1.1. Les méthodes de coloration
Injection substances chimiques sélectivement
absorbées par éléments particuliers
a) Coloration de Nissl
 noyau et soma
b) Imprégnation argentique de Golgi
 prolongements
Brodmann (1909) : carte cytoarchitectonique du cortex
 52 aires corticales
numérotées
neurones pyramidaux
Aires différenciées par :
- structure laminaire (3 à 6 couches)
= un type cellulaire par couche
- variation de densité des types
cellulaires d’une région à l’autre
neurones étoilés
c) Traceurs rétrogrades & antérogrades
 connexions
ex : la péroxydase de raifort (rétrograde)
thalamus (CGL)
rétine (faible grossisst)
rétine (fort grossisst)
2.1.2. Les techniques histochimiques
 contenu chimique : NT, métabolites
 cartographie des systèmes de NT
exemple :
système
sérotoninergique
2.2. L’étude des lésions
 étude des conséquences sur le comportement
postulat : la dégradation d’un comportement après lésion d’une structure implique
que la structure intervenait dans le comportement
les effets d’une lésion peuvent dépasser la simple élimination des
!

fonctions propres à la structure lésée
2.2.1. Les lésions sélectives chez l’animal
- aspiration tissu nerveux / injection courant : peu sélectives
- techniques neurochimiques : sélectives d’un NT
ex : MPTP dans substance noire  destruction cellules dopaminergiques
= maladie de Parkinson
- lésions réversibles :  t°   temporaire du métabolisme
2.2.2. Les lésions chez l’homme
2.2.2.1. Les différentes origines
- vasculaires :  débit sanguin
- tumeurs : développement anormal
de tissu
- troubles dégénératifs ou infectieux
- traumatismes
2.2.2.2. La visualisation des lésions
a) Le scanner à rayons X
- mesure densité tissus
- reconstruction 3-D
os = forte densité
 faible résolution spatiale (0,5 - 1 cm)
 discernement difficile des tissus
liquide = faible densité
b) L’imagerie par résonance magnétique nucléaire (IRM)
- tissus organiques = magnétiques
- mesure rebond (= champ
magnétique)
- tissus = densités d’H différentes
 meilleure résolution (0,1 mm)
élément organique
(Hydrogène)
2.2.2.3. Les apports de la psychologie cognitive
 tests pour analyser les déficits comportementaux
- grandes fonctions : langage, mémoire, etc.
- opérations élémentaires : analyses phonétique, sémantique, etc.
Comparaison avec population ‘saine’
Exige des patients avec un seul trouble et des atteintes délimitées
2.3. L’exploration neurophysiologique
2.3.1. La stimulation électrique
Penfield : stimulation corticale  observation des effets ou recueil de l’expérience
du sujet
Gyrus précentral
(lobe frontal)
Gyrus postcentral
(lobe pariétal)
scissure de Rolando
 carte fonctionnelle des cortex moteur et somesthésique
 correspondance territoires corticaux et parties du corps = homunculus
médian
latéral
latéral
médian
Chaque hémicorps est représenté sur l’hémisphère controlatéral
2.3.2. L’enregistrement de l’activité électrique
2.3.2.1. L’enregistrement unitaire
Grâce à des microélectrodes (2 µm)
 activité spontanée très fluctuante
 fréquence modifiée par conditions expérimentales = neurones
impliqués dans la tâche
Existence de neurones spécialisés :
 sensibles aux variations de certains paramètres du stimulus :
couleur, orientation, etc.
Ex : neurones « miroirs » : actifs lors d’une tâche motrice réalisée par l’animal
et l’expérimentateur (= imitation)
2.3.2.2. L’électroencéphalographie (EEG)
Enregistrement de populations neuronales grâce à des électrodes (scalp)
 mesure ddp : électrode / référence
référence
0 µV
+
 nombreuses applications
- Caractérisation des états de vigilance :
- Détection pointes épileptiques :
2.3.2.3. Les potentiels évoqués
Dérivée de l’EEG
Visualisation des réponses cérébrales survenant après un stimulus
 moyennage des réponses :
 bruit de fond
 réponses évoquées par
le stimulus
Reflet du « parcours » d’un stimulus, des organes sensoriels jusqu’aux aires
corticales
 applications cliniques : détection des anomalies de réponses
Mais difficulté pour connaître précisément les structures cérébrales qui sont à
l’origine des potentiels évoqués
 problème inverse
 modélisation mathématique
2.3.2.4. La magnétoencéphalographie (MEG)
Mesure des variations du champ magnétique
produit par les neurones
Moyennage ( potentiels évoqués)
2.4. L’imagerie fonctionnelle
Détection des phénomènes nerveux de façon indirecte ( EEG, MEG)
=  débit sanguin ou changements métaboliques
2.4.1. La tomographie par émission de positons (TEP)
Injection molécule radioactive  émission positons  production photons
Traceur
(radioactif)
Suivant l’isotope, permet de localiser :
- la consommation de glucose ou d’oxygène (métabolisme)
- la densité de récepteurs d’un NT
- la variation régionale de débit sanguin cérébral
= corrélée à activité mentale
B
A
-
=
 mais technique « lourde », peu sensible et chère
2.4.2. L’imagerie par résonance magnétique fonctionnelle (IRMf)
Même principe que l’IRM (= détection  champ magnétique)
 mesure les variations locales de teneur en déoxy-hémoglobine dans le sang
= mesure les variations de débits
sanguin régionaux consécutives
à une activité neuronique locale
Avantages / TEP :
- pas d’injection de radioactivité
(santé, coût)
- très bonne résolution spatiale :
TEP = 5-10 mm ; IRMf = 1 mm
- bonne résolution temporelle :
TEP = 45 s voire + ; IRMf ~ 1 s
- analyses individuelles
3. L’organisation anatomo-fonctionnelle du SNC
3.1. Développement du SNC
3 feuillets : mésoderme, endoderme, ectoderme  tube neural  SNC
NEURULATION
 mouvements de courbure
2 mois
prosencéphale
4 mois
rhombencéphale
mésencéphale
6 mois
Adulte
mésencéphale
télencéphale diencéphale
métencéphale
myélencéphale
moelle
coupe longitudinale
télencéphale  cortex cérébral, hippocampe, ganglions de la base
diencéphale  thalamus, hypothalamus
métencéphale  cervelet, pont
myélencéphale  bulbe rachidien
3.2. Organisation du SNC
3.2.1. La moelle épinière
Située dans le canal vertébral
Colonne vertébrale  bulbe rachidien
31 paires de nerfs spinaux (= segmentaires)
innervant chacune une partie du corps.
Nerfs peuvent contenir 4 types de fibres :
- somato-motrices
SNP
- somato-sensitives
- viscéro-motrices
SNV
- viscéro-sensitives
Nerfs
cervicaux
(8 paires)
Nerfs
thoraciques
(12 paires)
Nerfs
lombaires
(5 paires)
Nerfs
sacrés
(5 paires)
Nerfs
coccygiens
(1 paire)
Les fibres somato-sensitives
innervent des dermatomes
Fonctions :
• Transfert l’information concernant le corps (exceptés tête et cou) :
- sensorielle  encéphale
- motrice  muscles
• Voies réflexes
COUPES TRANSVERSALES
ascendant
mixte
corne dorsale
descendant
corne ventrale
Nerf spinal
A chaque niveau de la moelle, il existe des voies réflexes (cf. réflexe myotatique)
3.2.2. Le tronc cérébral
= bulbe + pont +
mésencéphale
Fonctions :
• sensitives et motrices de la tête et du cou
• relais cortex-moelle
• système respiratoire + coeur
• veille / sommeil, etc.
lésions  souvent fatales ( cortex)
Constitué de groupes de noyaux (+ de 20 paires) :
- sensitifs ou
- moteurs
rostral
 face
=
médians
caudal
 cou, épaule
 organisation rostro-caudale
=
latéraux
noyaux  12 paires de nerfs crâniens (sensitifs ou moteurs ou mixtes)
Tronc
cérébral
sensitifs
moteurs
sensitivo-moteurs
Voies de passage :
- tractus pyramidal
(faisceaux descendants)
- lemnisque médian
(faisceaux sensitifs
ascendants)
- faisceau longitudinal
médial (connexions
noyaux du tronc)
3.2.3. Le cervelet
Fonctions :
• tonus, posture et équilibre
• coordination et correction des mouvements
= cortex cérébelleux + noyaux sous-corticaux cérébelleux
= faisceaux de fibres
afférentes et efférentes
 connexions avec cortex cér. (programme moteur), tronc et moelle (mouvement)
Le cervelet détecte la différence (« erreur motrice ») entre le mouvement prévu et
le mouvement réalisé, et la corrige
3.2.4. Le cerveau
3.2.4.1. Le diencéphale
Epithalamus (glande pinéale), thalamus, subthalamus et hypothalamus
Thalamus
a) Le thalamus
Groupe de noyaux = relais sensori-spécifiques
Fonctions : relais des voies sensorielles  cortex (exceptées olfactives)
= « porte d’entrée du cortex »
vision  corps genouillé latéral
audition  corps genouillé médian
somesthésie  complexe ventral
postérieur
Autres fonctions :
attention  pulvinar
b) L’hypothalamus
= Groupe de noyaux
 production hormones  hypophyse  sang
= interaction avec SNV et endocrinien
= homéostasie
 afférences système limbique
= émotions
 afférences rétine (noyau supra-chiasmatique)
= rythme circadien
 SNV = contrôle des fonctions
végétatives
3.2.4.2. Le télencéphale
a) Les noyaux profonds
= ganglions de la base (ou noyaux gris centraux) + amygdale
- Ganglions de la base = noyau caudé + putamen + globus pallidus
 connexions avec cervelet et lobe frontal
Fonctions :
• modulation des mouvements
• mémoire à court terme
- Amygdale = groupe de noyaux
Fonctions :
• émotions
b) Le cortex cérébral
α) Anatomie externe
Scissure interhémisphérique
2 hémisphères cérébraux
Nombreux plissements
 gyrus (= circonvolutions) et sillons (= scissures)
 augmente la surface corticale (+ 1/3)
Face dorsale
Face ventrale
Quatre lobes par hémisphère + insula
Chaque lobe joue un rôle fonctionnel particulier
 lobe frontal : fonctions motrices
 lobe pariétal : fonctions somesthésiques
 lobe occipital : traitement visuel
 lobe temporal : traitement auditif
 le reste : aires associatives
β) Anatomie interne
 substance grise (écorce cérébrale)
= très dense
= corps cellulaires, dendrites, axones
 substance blanche
= faisceaux d’axones
 milliards de connexions
COUPE HORIZONTALE
 Structures profondes non visibles en surface
 hippocampe
 gyrus cingulaire
système
 gyrus parahippocampique limbique
 etc.
Nombreuses interconnexions
 mémoire (et émotions)
- Substance grise
neurones pyramidaux
= + sieurs couches de neurones
 Néocortex = 6 couches
 Paléocortex, Archicortex = 3 à 4
couches
neurones étoilés
Chaque couche corticale a des caractéristiques anatomiques et fonctionnelles
propres
- Substance blanche
Fibres commissurales
Fibres d’association
Fibres de projection
Corona radiata
Fibres de projection :
Radiations
optiques
Capsule
interne
Fibres d’association :
longues :
Fibres commissurales :
courtes :
Corps calleux
γ) Nomenclature des axes et coupes
COUPES :
(ou transversale ou axiale)
(ou frontale)
HORIZONTALE
CORONALE
SAGITTALE
3.3. Les méninges
= dure-mère,
arachnoïde
et pie-mère
Espace sous-arachnoïdien :
- rempli de liquide céphalorachidien (LCR)
= protège le cerveau contre les chocs
- contient les artères principales  branches (dans substances)
3.4. Le système ventriculaire
= cavités interconnectées remplies de LCR
= foramen
 développement parallèle au SN
 connectés à l’espace sous-arachnoïdien = forment le « squelette » du cerveau
absorption
LCR
( sang)
sécrétion LCR
 sécrétion du LCR par les plexus choroïdes
3.5. La vascularisation
3.5.1. Vascularisation de la moelle épinière
 2 artères vertébrales
Aorte
artères spinales antérieure et postérieures
 10 artères segmentaires
 déficits sensitifs
 déficits moteurs
3.5.2. La vascularisation du cerveau
Aorte dorsale
Artère
communicante
antérieure
 2 artères vertébrales
 2 artères carotides internes
Artère
communicante
postérieure
Art. carotides internes  art. cérébrales antérieure et moyenne
Art. vertébrales  art. basilaire  art. cérébrales postérieures
Points de confluence : art. communicantes antérieure et postérieure
Artère cérébrale
postérieure
- Circulation antérieure = art. cérébrales antérieure et moyenne
 cortex, ganglion de la base, thalamus
- Circulation postérieure = rameaux des art. cérébrales postérieures, vertébrales et
basilaire
 cortex postérieur, mésencéphale, tronc cérébral
Barrière hémato-encéphalique = interface capillaires et tissus
 homéostasie et protection (ions ou molécules toxiques)
 jonction serrée avec transporteurs spécifiques
 pied astrocytaire = formation et maintien de la barrière