Ddicaces

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Ddicaces

Je ddie cette thse :Mes parents (AbdelHadi Ben Brahim et Hibbi Aicha) et mes deux surs (Asma et

Zineb Ben Brahim) en saluant leur patience et leur soutien moral et matriel sans lesquels ceprojet naurait jamais pu aboutir. A mon meilleur ami: Maureen Conner Tenore qui a beaucoup financ ce travail et qui ma toujours incit continuer de persvrer et donner le meilleur de moi-mme. For my best friend: Maureen Conner Tenore, you have always been there for me, and no matter what I asked for, you would give me with no hesitation. At some point you were the only one pushing me forward, I hope that someday Ill be able to prove my deep gratitude for you and your family. A lme de la dfunte Hamdoune Hanane qui nous a quitts il y a trois ans sans pouvoir obtenir son diplme de doctorat en mdecine. Elle sest battue avec patience et courage mme dans les derniers stades de sa maladie. A ton me et lhonneur de ta famille qui est aussi la mienne je ddie ce travail. A la famille Qesmi pour leur soutien durant la priode de mes tudes mdicales Fs. A mon professeur et rapporteur de thse le Professeur Belahsen Mohamed Faouzi pour la qualit de sa prise en charge au service de neurologie du CHU Hassan II de Fs. A notre grand matre et professeur danatomie : ALAMI HMIDANE TAYA qui nous a non seulement enseign lanatomie, mais aussi lhistoire et lthique de la pratique mdicale. Au Doyen de la facult Monsieur My Hassan Farih, qui a accompagn toutes les promotions des tudiants de la facult de mdecine et de pharmacie de Fs avec un grand soin, coute et une grande indulgence. A tous mes amis : Isam ElMejdi, Issam Jbabri, Ibrahim Lmehjoubi, Zakarya, Lamyae, Rachid, Arlene, Pris, Wendy, Ramona, Che Rhee A tous mes enseignants que ce soit en mdecine ou sur les sites de formation en ligne. Merci pour la qualit de vos prsentations et vos cours. A tous ceux qui ont encourag ce projet de prs ou de loin travers le monde, Merci pour vos encouragements, votre soutien et vos chaleureux commentaires sans lesquels je naurais pas pu avancer.

Je ddie cette thse :

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Remerciements

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Remerciements

Je tiens remercier :Mon pre, Ben Brahim AbdelHadi :Tu mas soutenu mme dans les priodes les plus dures et les plus difficiles. Tu as t toujours pour moi une grande source dinspiration et de confiance. Tu mas appris les valeurs de lhonntet, de la modestie et de lhonneur. Tu tes toujours battu pour moi et mes cts. Tu as toujours cru en moi mme si tu navais aucune ide de ce que jtais en train de faire. Sans ton soutien, je naurai certainement jamais pu arriver l. Je te suis ternellement reconnaissant.

Ma mre, Hibbi Aicha :Tu mas support pendant toutes ces annes sans plainte ni mcontentement. Je me rappelle les annes que tu as pass avec moi et rien que moi durant mes tudes mdicales, la joie sur ton visage quand je russi, les larmes qui scoulaient sur tes joues chaque fois que jchouais. Tant de bonheur et tant de peine. Mais tu ne mas jamais laiss tomber ou cess de croire en moi. Tu mas pargn le temps pour faire ce que jai toujours rv de faire, de me consacrer ce projet. Avec toi je partage aujourdhui le fruit de mon travail et de ta patience.

Ma petite sur Zineb :

Ceux qui font le vrai boulot sont souvent { lombre , ceci est valable pour ma petitesur Zineb qui soccupe de moi et de la famille. Merci pour ta gentillesse, ton soin, et ton soutien.

Ma sur Asma :Ton travail et ta famille tobligent peut tre vivre loin de nous, mais saches que tu es toujours prsente dans nos curs, Merci pour ton soutien et ton aide toi et ton mari Abdelghani Kayfouf. Je vous suis trs reconnaissant.

My best friend Maureen Conner Tenore: The friend in need is the friend indeed , less than a year and half ago we were perfect

Je tiens remercier :

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Remerciementsstrangers. You liked what Im doing and gave me endless support. At a very long period of time you were the only person to encourage me to keep forward, and that means so much to me. You provided me with everything I needed for this work, although we never really met or knew each other; well not now that you are family but before. To me you were both a friend and a mother and much more. Always listening, always caring and always giving. I have never had any friend like you and I more likely wont. I wish all the joy and happiness to you, your family and your friends. Thank you.

Mon amie Hamdoune Hanane : Il y a trois ans tu mas donn une leon que je nai jamais oubli, que la vie mrite dtre vcue, avec passion et avec enthousiasme jusquau dernier moment. Ta mort a t un tournant dans ma vie. Tu nous as certes quitt mais je tai toujours gard dans mon esprit. Jamais je nai vu quelquun affronter la mort avec un courage pareil, je ddie ce travail lhonneur de ta mmoire. Puisse Dieu te garder dans sa sainte misricorde.

La famille Qesmi :Vous ntes peut tre pas riches en termes dargent ni de fortune, mais jai trouv chez vous une famille daccueil trs aimable, trs chaleureuse et trs gnreuse. Je noublierai jamais les beaux moments que jai pass avec vous, ni lorsque vous vous tes occups de moi, Je vous aime tous : Salem, Fatima, Mohammed, Merouane, Otman et Omar. Je vous serai toujours reconnaissant.

Mon professeur danatomie ALAMI HMIDANE TAYA:Jai limmense honneur de prsenter aujourdhui ce travail en lhonneur de votre mmoire. Toute la premire promotion des tudiants de la facult de mdecine vous aime et vous admire. Vous nous navez pas seulement enseign lanatomie, vous avez aussi creus en nous lArt de pratiquer la mdecine, avec honntet, avec modestie et surtout avec conscience. Votre gnrosit envers les tudiants na jamais connu pareille et votre enthousiasme enseigner na jamais eu dgale. Jai aim lanatomie et la mdecine cause de vous et je continuerai pratiquer la mdecine comme vous nous lavez enseign.

Je tiens remercier :

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Remerciements Mon Professeur My Hassan Farih :Vous avez t un pre pour toutes les gnrations des tudiants de la facult de mdecine et de pharmacie de Fs. Vous nous avez prt conseil et support tout le long de nos annes dtudes, tous les tudiants de la facult vous sont trs reconnaissants.

Mon professeur et rapporteur de thse Belahsen Mohammed Faouzi :Je tiens vous fliciter dabord pour la qualit de votre enseignement et vos cours au sein de la facult, et aussi pour votre excellente prise en charge au sein du service de neurologie. Votre mthode pdagogique de formation nous a donn beaucoup de confiance en nous-mmes, nous les futures mdecins. On participait dans votre service laborer les diagnostics et mme proposer des conduites. Je ne me suis pas autant senti en train de pratiquer vraiment la mdecine que lors de mon passage dans votre service. Alors que dans dautres services, je ne faisais que prendre la tension et la temprature. Je noublierai jamais la fois ou mme aprs avoir quitt le service de neurologie depuis un an, vous mavez invit voir le cas dune petite enfant qui prsentait une

myopathie toute en mexpliquant sa symptomatologie. Je noublierai pas aussi lautrejour o vous mavez invit au service pour me montrer ce quest lanneau de Kayser

Fleischer, et comment a avait aid diagnostiquer la maladie de Wilson chez une patiente. Je me suis senti comme un professeur de mdecine vue votre intrt mexpliquer ces deux cas, pas comme un vulgaire externe qui na rien de beau faire que de se balader dans les couloirs avec un stthoscope et un tensiomtre la main. Jai aim collaborer avec vous dans des sujets tels les paraplgies, lexamen neurologiques et surtout la physiologie neurologique. Je partage votre vision que lenseignement doit tre une source dinspiration, de motivation et denthousiasme plutt que du remplissage et du travail forc.

Je tiens remercier :

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Prsentation

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Prsentation

NeuromatiqNeuromatiq ou Support audiovisuel et interactif sur la physiologie neurologique et ses troubles est un projet de thse de mdecine ralis par moi (Ben Brahim Mohammed) et supervis par le professeur Belahsen Mohammed Faouzi, professeur de neurologie la facult de mdecine et de pharmacie de Fs et chef de service de neurologie au CHU Has-

san II.Ce support a pour but dexpliquer le fonctionnement du systme nerveux ltudiant en mdecine ou autres par le moyen de vidos animes 3D et/ou des animations interactives. Le Monde volue, notre vision de lenseignement et de la pdagogie doit voluer aussi. Aujourdhui, il y a un norme essor technologique dans le domaine du multimdia numrique, et on peut faire beaucoup de choses avec dans le domaine de lenseignement. Lide de ralisation de ce support mest venue lesprit il y a un cinq ans. Je visualisais rgulirement des pisodes de la srie (Tous sur orbite), une srie qui explique le systme solaire mais qui est destine au grand public. Jai t stupfait par la simplicit et llgance avec laquelle on y prsentait le systme solaire tout en pargnant aux spectateurs la peine des dtails scientifiques superflus. Rsultat, on apprend beaucoup tout en ayant du plaisir. Quelques mois aprs, jai eu la chance de regarder une vido (The inner life of the cell) une vido ralise luniversit Harvard aux USA qui explique le fonctionnement interne de la cellule. Les scnes sont poustouflantes, on prend beaucoup de plaisir regarder la vido tout en apprenant des choses sur la biologie, et cest encore plus tangible quun texte ou un schma parce que cest visuel, cest en 3D, cest anim et a fait beau voir. A lpoque javais travaill avec deux tudiants en mdecine sur deux supports audiovisuels en neurologie, superviss par le professeur Belahsen, lun nomm (Paraplgies) et lautre (Lexamen neurologique). Ce dernier travail a eu beaucoup de succs, mais ce fut toujours un travail amateur, et une ralisation telle que jimaginais ncessite une vritable connaissance en la matire alors que je navais comme bagage que quelques notions rudimentaires sur le programme Flash. Jai pris le sujet de physiologie neurologique avec le professeur Belahsen il y a maintenant cinq ans sans vritablement savoir en quoi a devait aboutir. Jai rassembl une quantit norme de rfrences, beaucoup de livres sur la neurophysiologie, de supports multimdia sur la physiologie avec animations, de supports avec animations 3D interactives, des animations

Neuromatiq

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Prsentationvido 3D pour rfrence visuelle, et surtout des collections de vidos sur le fonctionnement du systme nerveux. La srie qui ma marqu le plus est certainement celle de la TTC (The

Teaching Company) Understanding the brain, une srie tale sur 36 pisodes de 30 minutes chacun prsente par Le professeur Jeanette Nordon. Cette srie explique le fonctionnement du systme nerveux. Jai vu et revu et revu plusieurs fois tous les pisodes de la srie et je la recommande vivement tout tudiant en mdecine. Avant de commencer la production des vidos, jai visualis un nombre norme de sries de didacticiels sur bon nombres de plateformes danimations, plus de 27.000 vidos dans les domaines des CG (computer graphics) et CGI (Computer generated Imagery), des principes danimations, des notions dinformatiques gnrales, de la lumire, thories des couleurs, et surtout des sries pour des produits spcifiques, genre 3dsmax, Photoshop,

Flash, Action

Script,

HTML/XML/CSS,

Aftereffect,

Premiere

pro,

Illustrator,

Dreamweaver, Soundbooth, Audition, Encore, Bridge et autres.Une production de qualit vient un prix norme : 4 ans de travail sur ce projet matin et soir, sans relche. Cest devenu une vritable obsession, je ne faisais que a, me former et produire. Jai appris comment rdiger un scnario et comment organiser les phrases et les construire de faon produire une succession de scnes cohrentes. Pour chaque sujet je prends mon temps pour la rdaction, je collecte les ides que je dois faire ressortir dans mon article tout en liminant le superflu. Je les structure dans un article cohrent et je fais un

sketch pour chaque phrase, un sketch tant un dessin rudimentaire avec crayon sur une pagevide, il sagit dune prvisualisation de ce que doit tre la scne dans le produit final. Aprs, je cre mes modles dans le logiciel 3d, je moccupe des couleurs et textures de la scne, des lumires, des camras et des paramtres du rendu. Je ralise un rendu de plusieurs squences sur la mme scne, chaque squence contenant une information spcifique, une pour les couleurs, une pour les ambres etc. des fois je tire jusqu 4 ou 5 squences diffrentes, Une squence de 8 secondes peut prendre au rendu 3d de 10 min trois jours selon la complexit de la scne, jutilisais souvent mes deux ordinateurs locaux pour faire le rendu en mme temps. Une fois que jai les squences avec lesquelles je vais travailler, je les importe sur Af-

tereffect, pour faire du compositing (association des diffrentes squences pour la mmescne) et pour ajouter des effets spciaux. Je fais lenregistrement du son sur Audition (parfois sur Soundbooth), pour liminer les bruits de fond et amliorer la qualit sonore.

Neuromatiq

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PrsentationPlusieurs autres logiciels ont servi dans de nombreuses tapes de la production, par exemple Illustrator pour tracer les coupes IRM et envoyer les courbes au logiciel 3D afin de raliser la coupe 3D du cerveau. Photoshop pour plusieurs filtres et effets spciaux, Pre-

miere pro pour le montage vido. Bridge comme un DAM (digital asset manager) me futtrs utile pour organiser le travail, ce qui est un lment cl dans une ralisation de type professionnel. En moyenne il y a 28.000 images de synthse pour produire chaque vido, il faut bien quelles soient bien organises dans des dossiers spcifiques pour viter lanarchie. Aprs la ralisation des vidos il a fallu recourir la programmation sous flash/AS3 (ActionScript 3) pour concevoir le support et le contenant du texte, des vidos, des images et des animations. Les textes sont formats en HTML avec les pages de styles CSS et les donnes organises dans des fichiers XML. Les animations interactives ont t ralises grce au programme Flare3D, une extension dAS3 qui assure limportation et la manipulation des modles 3D par Flash. Avant de commencer la ralisation de ce projet, nous avons conclu le professeur Belah-

sen et moi, que a ne doit pas tre exhaustif avec beaucoup de dtails qui ne sont pas trsutiles. Les textes sont donc trs brefs et trs concis ne contenant que lessentiel, avec chaque fois quil est ncessaire, une implmentation de rfrence pour creuser davantage la question sur Google Books qui contient un nombre incroyable de rfrences sur le sujet. Le DVD support du programme est accompagn dun autre support DVD-vido pour visualiser les vidos sur un DVD player en qualit DVD.

Neuromatiq

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Abrviations

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Abrviations

AbrviationsAC Ach ACTH ADH AIC AINS AIT ATP AVC BHE CCE CCI dB EEG EN EVA EVS FSH GABA GH HLA HTIC Hz Ig IRM LCR L2 Anticorps Actylcholine Adrenocorticotropic hormone Anti-Diuretic Hormone Accident Ischmique Constitu Anti-Inflammatoires Non Strodiens Accident Ischmique Transitoire Adnosine Triphosphate Accident Vasculaire Crbral Barrire Hmato-Encphalique Cellules Cilies Externes Cellules Cilies Internes dcibels Electroencphalogramme Echelle Numrique Echelle Visuelle Analogique Echelle Verbale Simple Follicle-stimulating hormone Gamma-Aminobutyric Acid Growth hormone Human Leukocyte Antigen Hypertension Intracrnienne Hertz Immunoglobuline Imagerie par Rsonnance Magntique Liquide Cphalo-Rachidien La deuxime vertbre lombaire

Abrviations

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AbrviationsLH MG NGC NMDA OMS PA PE PLT PPSE PPSI RAch REM S1 S2 SEP SNC SNP SRAA TEP TSH V1 VPL VPM Luteinizing hormone Myasthenia Gravis Noyaux Gris Centraux N-Mthyl-D-Aspartate Organisation Mondiale de la Sant Potentiel daction Potentiels Evoqus Potentialisation Long Terme Potentiel Postsynaptique Excitateur Potentiel Postsynaptique Inhibiteur Rcepteurs de l'Actylcholine Rapid Eye Movement Cortex Somesthsique Primaire Cortex Somesthsique Secondaire Sclrose En Plaques Systme Nerveux Central Systme Nerveux Priphrique Systme Rticul Ascendant Activateur Tomographie par Emission de Positons Thyroid-stimulating hormone Cortex Visuel Primaire Noyau Ventral Postro-Latral Noyau Ventral Postro-Mdial

Abrviations

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Introduction ....................................................................15

Introduction

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Introduction

Introduction"Education is the kindling of a flame, not the filling of a vessel ", Socrate. Le systme nerveux (humain en particulier) est sans doute la structure la plus complexeet la plus fascinante de tout l'univers connu jusqu' ce jour. C'est le support de notre identit, de notre pense, de notre mmoire, de nos motions et de toutes les sensations que nous vivons chaque instant. Le systme nerveux nous permet de voir, d'couter, de sentir et de dcouvrir le monde et l'environnement auquel nous appartenons. Le systme nerveux nous permet aussi d'agir sur cet environnement: Il nous permet de construire, de nous dplacer, de nous nourrir, de nous adapter et d'tendre nos facults afin d'apprhender aussi bien les particules les plus infiniment petites que les immenses et vastes structures de l'univers infiniment grand. Tout le reste des organes du corps est au service du systme nerveux: le systme digestif l'alimente en nutriments, les poumons lui fournissent de l'oxygne, le systme cardiovasculaire assure son approvisionnement en tout cela et les reins purifient le sang des toxines qui peuvent l'endommager... Tout organe du corps sert le systme nerveux d'une faon ou d'une autre car si ce systme s'arrte c'est toute la vie qui va avec. Depuis l'aube de l'histoire, l'homme cherche des rponses plusieurs questions sur la pense, le langage, la mmoire, les motions... et en absence de moyens, les rponses se trouvaient souvent trs gares. Aujourd'hui avec la science et le dveloppement technologique son apoge, on a quelques bauches solides de rponses sur comment marche cette machine humaine incroyable. Malheureusement, le systme nerveux, aussi extraordinaire et fabuleux, n'est pas infaillible pour autant. On voit son fonctionnement parfois s'altrer et ses capacits diminuer. Aussi paradoxal que a puisse paratre, c'est en grande partie grce ces anomalies qu'on a pu dcouvrir comment le systme nerveux fonctionne. Au cours de l'histoire de la mdecine, des chercheurs et des mdecins dcrivent des maladies et des troubles neurologiques chez des individus, et aprs leur mort ils examinent leur cadavres pour voir ce qui faisait dfaut, car les anomalies anatomiques de certaines rgions donnent beaucoup d'indices sur leurs rles dans des fonctions bien prcises, des fonctions comme le langage, la mmoire, les motions... Mais c'taient des mthodes peu pratiques, et il a fallu attendre que l'individu meure pour connatre l'anomalie.

Introduction

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IntroductionLa physiologie compare avec les autres animaux tait aussi et de tout temps trs contributive. Mais ce qui a sans doute marqu le plus la science moderne en ce sens, c'est l'laboration de mthodes et de moyens d'investigation trs dvelopps: microscopie optique et lectronique, techniques de colorations, imagerie mdicale (fonctionnelle en particulier), dveloppement de la neurophysiologie... Tous ces moyens, et surtout les personnes zles qui se sont acharnes se poser des questions et leur trouver des rponses, nous ont permis aujourd'hui de savoir beaucoup de choses sur le systme nerveux. Comprendre le fonctionnement du systme nerveux et les mcanismes de ses troubles permet de savoir comment on peut ou du moins dans quel sens il faut mener des recherches afin de trouver de bons remdes pour des maladies neurologiques horribles et dvastatrices telles que la maladie de Parkinson et la maladie d'Alzheimer.

Introduction

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Anatomie - Gnralits ...................................................... 18 La moelle pinire .............................................................. 19 Erreur ! Source du renvoi introuvable.Erreur ! Signet non dfini. Erreur ! Source du renvoi introuvable.Erreur ! Signet non dfini. Erreur ! Source du renvoi introuvable.Erreur ! Signet non dfini. Erreur ! Source du renvoi introuvable.Erreur ! Signet non dfini. Erreur ! Source du renvoi introuvable.Erreur ! Signet non dfini. Erreur ! Source du renvoi introuvable.Erreur ! Signet non dfini. Erreur ! Source du renvoi introuvable.Erreur ! Signet non dfini. Erreur ! Source du renvoi introuvable.Erreur ! Signet non dfini.

Rappel anatomique

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Anatomie - GnralitsDe point de vue anatomique, on distingue [160]: Un systme

nerveux central (SNC) [95, 225] et un systme nerveux priphrique (SNP) [125].

1. Le systme nerveux centrale (ou nvraxe):1.1. L'encphale [157]:Celui-ci sige dans le crne et contient: Deux hmisphres

crbraux [224] (support du cortex crbral), les ventricules crbraux[37] o circule le

liquide cphalo-rachidien (LCR)

[95],

les noyaux gris centraux (NGC) [4], le thalamus [75] et l'hypo-

thalamus [4, 50], le cervelet [4, 54] et le tronc crbral [32, 38].

1.2. La moelle pinire [38, 160]:La moelle pinire est la prolongation du tronc crbrale en dehors du crne, elle est protge au sein du canal rachidien [43] au centre de la colonne vertbrale. A son niveau, vont merger des racines antrieures et postrieures qui forment les nerfs rachi-

diens [38, 125].

2. Le systme nerveux priphrique :Le SNP comporte diffrents nerfs et ganglions nerveux qui sigent en dehors du nvraxe. Il comporte essentiellement 11 paires de nerfs crniens [64] situes ou mergeant au niveau du crne (le nerf optique appartient au SNC [41]), et 31 paires de nerfs rachidiens [6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13] qui mergent des trous de conjugaison situs dans la colonne vertbrale.

Image 1: Le SNC.

Rappel anatomique

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Rappel anatomique

La moelle pinireLa moelle pinire[38, 160] est bien protge au

sein du canal rachidien [43] qui creuse la colonne vertbrale. Chez l'adulte, elle est d'environ 42 cm chez la femme et 45 cm chez l'homme [13, 14, 15, 16,17, 19]. La moelle pinire est l'origine de tous les

nerfs rachidiens [38, 125] qui sont au nombre de 31 paires [14]. La moelle pinire, comme l'encphale, est entoure de mninges [43]: La

pie-mre

[38, 85],

l'arachnode

[64, 94] et

la dure-mre

[43, 69, 94].

Elle baigne dans du LCR [95], et elle est creuse au centre par un trou rudimentaire (le canal pendy-

maire) [14, 20].

Image 2: La moelle pinire protge

1. Configuration externe :

au sein du canal rachidien.

En raison du dveloppement intra-utrin plus rapide de la colonne vertbrale, les racines nerveuses des nerfs rachidiens se trouvent dcales par rapport aux trous de conju-

gaison dont elles mergent, c'est la raison pour laquelle la moelle se termine au niveau de

Image 3: La moelle pinire entoure des trois tuniques de mninges.

La moelle pinire

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Rappel anatomique

Principes de base GnralitsLe systme nerveux, le tissu le plus complexe qui soit [92] est constitu principalementde deux grandes catgories de cellules [52, 93]: les neurones [41, 52, 64, 94, 100] (units fonctionnelles [39, 64]), et les cellules gliales [50, 57] qui sont des cellules de soutien [36,39]. Sans ces dernires, les neurones ne peuvent pas ou du moins auront beaucoup de mal

fonctionner.

Les neurones dirigent la quasi-totalit de leur nergie vers un seul but: la transmission du signal nerveux [39, 75, 95], ce sont les cellules gliales qui se chargent de leur protger, de leur nourrir et doptimiser leur fonctionnement. La transmission de linflux nerveux par les cellules nerveuses est due aux proprits lectrochimiques de leur membranes plasmiques [96]. Le signal se transmet dune cellule nerveuse une autre par des jonctions quon appelle synapses [41, 52], un type bien particulier de ces synapses est celui qui relie le neurone une cellule effectrice telle quune fibre musculaire, cette synapse est alors dite jonction

neuromusculaire [4, 40].Le passage de linformation dans une synapse est assur par des molcules chimiques appels neurotransmetteurs [39, 40, 41, 52]. Le bon fonctionnement du SNC est tellement crucial que ce dernier est isol du reste de lorganisme par une barrire qui limite le passage des lments potentiellement nocifs: la

barrire hmato-encphalique [3, 41, 42, 70, 81].Enfin, La facult la plus extraordinaire du systme nerveux, cest sa capacit de sadapter et de se modifier constamment en fonction des besoins. Des milliers de nouveaux circuits neuronaux se forment ou se renforcent chaque jour. Cette facult quon appelle la

neuroplasticit

[97, 98] ouvre de grandes perspectives sur la gestion de beaucoup de

troubles notamment dordre sensoriel.

Principes de base Gnralits

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Rappel anatomique

Les neuronesLa cellule nerveuserones [1, 4].[41, 52, 64, 94, 100] ou

Neurone est l'unit structurelle et fonc-

tionnelle du systme nerveux [39, 64]. Ce dernier contient environs 100 milliards de neu-

Image 4: Le tissu nerveux.

1. Anatomie d'un neurone typique :Une cellule nerveuse typique prsente trois rgions distinctes [1, 40, 99]: Le corps cel-

lulaire, les dendrites et l'axone.

Image 5: Anatomie dun neurone typique.

1.1. Le corps cellulaire [5, 75]:Appel galement soma ou pricaryon [57, 101] contient le noyau et le cytoplasme. On y trouve :

Les neurones

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Rappel anatomique Un

rticulum

endoplasmique

rugueux : lieu de synthse protique. Un appareil de Golgi : Lieu de stockage et de maturation des protines. C'est le point de passage obligatoire et rgulateur du trafic des petites vsicules. Plusieurs mitochondries : qui procurent l'nergie indispensable au

Image 6: Les mitochondries.

mtabolisme cellulaire. Le diamtre du pricaryon varie selon le type de neurone entre 5 120 m [91, 102].

1.2. Les dendrites [5, 96]:Ce sont des extensions du pricaryon, elles servent essentiellement augmenter la surface de rception de l'influx nerveux [1, 4, 36]. Elles sont souvent recouvertes de structures en forme de bourgeons appeles: pines dendri-

tiques

[41, 74, 103]. Un neurone typique

contient plusieurs dizaines de milliers d'pines dendritiques[103],

chacune

Image 7: Le corps cellulaire dun neurone.

forme une synapse [74].

1.3. L'axone [5, 91, 96]:Laxone merge du pricaryon enformant tout d'abord un cne d'mer-

gence

[81, 104], une rgion extrmement

riche en microtubules appele galement (zone gchette [40, 81]) du fait que c'est le point de dpart habituel de l'influx nerveux [40].

Image 8: Une synapse axo-axonale.

L'axone dcrit un trajet plus ou

Les neurones

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Rappel anatomiquemoins long avant de se terminer par une arborescence terminale (tlodendrite [75]). Celle-

Image 9: Le cytosquelette des neurones.ci donne plusieurs terminaisons nerveuses, au bout de chacune delles se trouve un ron-

flement: le bouton terminal ou bouton synaptique cules synaptiques remplies de neurotransmetteurs.

[101], qui comporte plusieurs

vsi-

Avant l'arborescence terminale, un neurone peut donner plusieurs branches qui vont amener l'influx nerveux quelques part ailleurs, on appelle ces branches: des collatrales[105].

La membrane de l'axone (l'axolemme [106]) renferme de l'axoplasme [91] (prolongement du cytoplasme du pricaryon), celui-ci est parcouru dans toute sa longueur par des

neurofilaments et des microtubules qui stabilisent la structure de l'axone et assure letransfert bidirectionnel des substances entre pricaryon et terminaisons axonales [74].

2. Transports axonaux [3, 5, 50, 107]:On distingue quatre types de transports axonaux : Deux transports rapides (antrograde et rtrograde) qui vhiculent les vsicules une vitesse de 10 40 cm/j [108] du pricaryon vers la terminaison nerveuse et vice-versa. Un transport antrograde lent d'une vitesse de 0,1 2 mm/j [57]. Un transport des mitochondries [104] qui renouvelle continuellement les mitochondries des terminaisons nerveuses une vitesse de 1 4 cm/j [5].

3. Particularits de la cellule nerveuse :Le neurone prsente plusieurs caractristiques qui le distinguent des autres cellules de l'organisme.

3.1.

C'est une

cellule excitable [42, 110]:

Le neurone reoit et transmet des signaux lectrochimiques grce la prsence au

Les neurones

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Rappel anatomiqueniveau de sa membrane de protines spci-

fiques qui rgulent le transfert des ions versl'intrieur ou l'extrieur de la cellule.

3.2.

C'est une

cellule scrtrice [109]:Image 10: Neurone pseudo-unipolaire.

La cellule nerveuse scrte des neuro-

transmetteurs, parfois mme des hormones,au niveau de sa terminaison axonale.

3.3.

C'est une

cellule amitotique [110]:

Exception faite de quelques zones nerveuses o se droule un faible niveau de mitose neuronale (notamment au niveau de l'hippocampe) [40], les neurones sont bloqus

l'interphase et donc ne se divisent plus, ce qui en fait des cellules longvit extrme[110]. Ceci explique galement la

raret des tumeurs crbrales d'origine neuronale.

Chaque jour on perd des dizaines de milliers de neurones [111], et mme s'ils ne se rgnrent pas, cette perte ne se traduit pas par un trouble notable, ceci est d la souplesse des neurones qui forment de nou-

velles connexions palliant ainsi leur perte.

3.4.

C'est une

cellule polarise [112]:

Image 11: Neurone bipolaire.

On en distingue deux ples essentiels, l'arbre somato-dendritique qui reoit le signal et le ple axonal qui le propage. Cependant l'axone peut recevoir un signal directement, au niveau d'une synapse axo-axonale [75].

3.5.

C'est une cellule

mtabolisme trs lev [110]:

En effet, le neurone requiert un approvisionnement constant et abondant en oxygne et en glucose, ceci explique la mort crbrale en quelques minutes en cas d'anoxie crbrale.

3.6.

Les neurones se caractrisent par un

polymorphisme ingal [35]:

On en distingue plus de 150 types [Jeanette Nordon, Understanding the brain] selon leur taille, polarit, structure, fonction, localisation... Cependant, on peut distinguer

Les neurones

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Rappel anatomiqueselon leur forme entre trois grandes catgories (non exclusives) [40, 49]: Les neurones unipolaires ou pseudo-

unipolaires (souvent sensorielles). Les neurones bipolaires : (par exemple les interneurones). Les neurones multipolaires : (le cas des motoneurones). Sur le plan fonctionnel on distinguent: les neurones sensitifs qui conduisent l'influx vers le SNC et les neurones moteurs qui conduisent l'influx loin du SNC. Entre les deux s'interposent d'autres neurones qu'on appelle (les interneurones). Les fibres nerveuses s'organisent en faisceaux au niveau du SNC et

Image 12: Neurone multipolaire.

nerfs au niveau du SNP. Quant aux corps cellulaires: Ils se rassemblentdans du cortex et des noyaux au niveau du SNC et dans les ganglions

Image 13: les faisceaux au niveau du SNC.

au niveau du SNP.

3.7.

Les neurones sont les cellules les

plus longues de l'organisme :

Ils peuvent atteindre jusqu' 1 mtre de longueur chez l'homme [113]. Si le corps cellulaire tait un pamplemousse: les dendrites auraient 2 5 cm de long et l'axone 1 Km !

Les neurones

- 25 -

Rappel anatomique

Les cellules glialesMalgr la complexit et la densit cellulaire du tissu nerveux, il est constitu principalement de deux grandes catgories de cellules [52, 93]: Les neurones [41, 52, 64, 94, 100] acteurs majeurs et ultimes en ce qui concerne la transmission de l'influx nerveux, et les cel-

lules gliales

[50, 57, 114] appeles aussi

gliocytes ou neuroglie

[116], qui jouent le rle de

baby-sitters des cellules nerveuses entre autres. Si le systme nerveux contient environs 100 milliards de neurones [1, 4], les gliocytes sont presque 10 fois plus nombreux [114, 115], ceci prouve le rle certainement important que ces cellules peuvent jouer.

Image 14: Gliocytes.

Au dbut de leur dcouverte la deuxime moiti du 19me sicle [100,

116, 117], on a pens que les cellules gliales (la glie de

glue en anglais qui signifie colle)

servaient essentiellement de colle pour attacher les cellules nerveuses les unes avec les autres (d'o leur nomination) [40, 118]. Avec le temps, on ne cesse de leur attribuer plusieurs fonctions fondamentales et cruciales au fonctionnement des neurones [40, 57]. A la diffrence des neurones qui sont pour la plupart amitotiques, les cellules gliales

peuvent se reproduire [36, 119].On distingue deux catgories de gliocytes [120]: La

nvroglie: comporte les

gliocytes du systme nerveux central qui sont au nombre de quatre: les as-

trocytes, les oligodendrocytes, les pendymocytes et les microglies. Les gliocytes du systme ner-

veux priphrique: dont les cellules satellites et les cellules de Schwann.Image 15: La nvroglie.

Les cellules gliales

- 26 -

Rappel anatomique

1. Les astrocytes [1, 35, 94, 121]:Ce sont les plus abondants et les plus volumineux des gliocytes, ils ont une forme toile avec plusieurs pro-

longements. On en distingue: Les astrocytes de type I[35, 70] qui sont en

contact avec les capillaires sanguins, et les astrocytes de type II [35, 70] qui entourent les neurone et les fentes

Image 16: Les gliocytes du SNP

synaptiques empchant ainsi la dispersion des neurotransmetteurs. Les astrocytes ont beaucoup de fonctions [104] dont plusieurs sont encore en phase d'tude. Ainsi: Ils jouent un rle primordial dans la formation de la

barrire hmato-

encphalique [39]. Ils assurent l'approvisionnement des neurones en oxygne et nutriments [40]. Ils contribuent maintenir un milieu chimique appropri la production des potentiels d'action par les neurones [40, 116]. Ils captent l'excs des neurotransmetteurs au niveau de la fente synaptique et participent leur mtabolisme [57, 116]. Ils jouent un rle de soutien en formant un rseau qui maintient la structure et l'ar-

Image 17: Astrocytes de types I entourant les capillaires sanguins.

Les cellules gliales

- 27 -

Rappel anatomiquechitecture du tissu nerveux [2]. Ils ralisent des cicatrices gliales dans les rgions altres du cerveau [50]. Ils permettent aussi de diriger la

migration des neurones jusqu' leurs localisations dfinitives lors du dveloppement [120], et assurent bien d'autres fonctions

Image 18: Astrocyte de type II entourant une

synapse.

2. Les oligodendrocytes [1, 49, 81, 100, 104, 122]:Les oligodendrocytes sont plus petits et ont moins de prolongements que les astrocytes. Ils jouent galement un rle de rseau de soutien pour les neurones du SNC mais assurent surtout leur mylinisation [100, 123]. Chaque oligodendrocyte envoie

plusieurs prolongements qui s'enroulent autour des axones, ceux-ci se trouvent alors entours d'un grand nombre de couches concentriques (30 100) [40,100]. Ces couches forment ce qu'on ap-

pelle la gaine de myline [104, 113, 124,

Image 19: La gaine de myline.

125]: Une substance constitue principa-

lement de lipides qui sert isoler et protger les axones comme le fait le plastique autour des fils lectriques. Mais aussi et surtout, cette gaine de myline sert acclrer la vitesse de l'influx nerveux [125]. Un oligodendrocyte peut myliniser jusqu' 30 voire

50 axones adjacents [4, 100].

3. Les pendymocytes [126]:Les pendymocytes ont uneforme cubique ou cylindrique, ils sont souvent cilis et forment un pithlium simple qui tapisse les cavits centrales du SNC. Ils assurent la s-

Image 20: Un oligodendrocyte.

Les cellules gliales

- 28 -

Rappel anatomique

Image 21: Les pendymocytes.crtion du Liquide cphalo-rachidien et favorisent sa circulation.

4. Les microglies [104]:Les microglies sont des petites cellules toiles ayant peu de prolongements, elles ontles mmes origines embryonnaires que les monocytes et les macrophages. Les microglies protgent les cellules du systme nerveux central contre les agressions infectieuses et toxiques. Elles peuvent migrer vers les rgions lses et liminer les dbris des cellules mortes. Leur rle protecteur revt une grande importance car les cellules du systme immunitaire n'ont pas accs au systme nerveux central.

5. Les cellules satellites [40, 128, 129]:Ce sont des cellules aplaties disposes autour des corps cellulaires des neurones au niveau des ganglions. Ils ont des fonctions analogues aux astrocytes.

6. Les cellules de Schwann [39, 124, 127]:Ces cellules sont appeles galement (neurolemmocytes [128, 129]), ce sont des cellules aplaties qui constituent les gaines de myline enveloppant les axones au niveau du systme nerveux priphrique. Chaque cellule de Schwann mylinise une partie d'un seul axone [40, 124, 126, 130]. Il arrive parfois qu'un neurolemmocyte entoure des axones sans constituer de gaine de myline, on dit alors que ces axones sont (amyliniss ou amylinique [131]). Plusieurs neurolemmocytes s'organisent en chapelet autour d'un seul axone, l'tran-

Les cellules gliales

- 29 -

Rappel anatomiqueglement que dlimite chaque cellule de Schwann avec sa voisine s'appelle (nud de Ranvier[81, 94]). C'est ce niveau que des collatrales peuvent merger de l'axone [99]. La zone d-

limite par deux nuds de Ranvier est dite (espace internodal). Les cellules de Schwann jouent un rle trophique et nourricier des axones au niveau priphrique. Elles permettent d'acclrer la vitesse de l'influx nerveux jusqu' 100 fois[132], et elles jouent galement un rle trs important dans la

rgnration des axones du

systme nerveux priphrique en cas d'ventuelles lsions [100]...

Image 22: Fibres nerveuses au niveau du SNP.

Les cellules gliales

- 30 -

Rappel anatomique

L'influx nerveuxLe rle fondamental d'un neurone est de recevoir, propager et transmettre le signal

nerveux. Sa membrane plasmique possde des proprits lectrochimiques particulires quifont qu'elle peut ragir un stimulus et propager son action jusqu' la terminaison nerveuse. La membrane plasmique des neurones comporte des canaux et des pompes capables de rguler la rpartition des ions de part et d'autre de la membrane selon leur charge lec-

trique et leur concentration. Nous allons voir que cette rgulation joue un rle primordialdans la transmission de l'influx nerveux. A la diffrence d'un fil lectrique, ce n'est pas le flux d'lectrons qui conduit le signal[96], mais c'est une

onde d'changes ioniques qui s'effectuent travers la membrane.

Cette propagation est donc de nature lectrochimique.

1. Notions fondamentales :Deux notions sont trs importantes retenir, le gradient de concentration [39] et le gradient lectrique [39].En effet, dans les milieux biologiques, les molcules ont tendance diffuser des milieux de forte concentration vers les milieux de basse concentration, on dit alors qu'elles suivent leur gradient de concentration. Les molcules charges suivent aussi un gradient lectrique (gradient de potentiel), ainsi donc les molcules de charge positive vont diffuser vers les milieux de charge ngative et vice versa. Mais souvent, ces molcules se trouvent partages entre des gradients lectriques et de concentration diffrents, parfois mme opposs. Elles vont alors diffuser d'une manire quilibre selon ces deux gradients. Elles suivent alors un gradient lectrochimique [100].

2. Le potentiel de repos [5, 75]:La diffusion des ions travers la membrane plasmique se fait au niveau de canaux

spcifiques. Les canaux de potassium sont trs permablessodium, on considre mme qu'elle est impermable celui-ci.

[113], ce qui n'est pas le cas

pour les canaux de sodium. En effet, la membrane l'tat de repos est peu permable au

L'influx nerveux

- 31 -

Rappel anatomique

Canal Na

+

Canal K+

pompe Na+-K+-ATPase

Image 23: Canaux et pompes au niveau de la membrane plasmique des neurones.Sur la membrane plasmique, on trouve une pompe Na+-K+-ATPase qui mobilise activement et chaque consommation d'une molcule d'ATP (la devise universelle de l'nergie cellulaire) 3 ions de sodium l'extrieur de la cellule contre 2 ions de K+ l'intrieur. Cette pompe consomme tellement d'nergie que certains lui ont attribue 30% voire 50% de toute l'nergie consomme par le cerveau. Au total, la pompe Na+-K+-ATPase remplit la cellule de potassium et la vide de sodium, et chaque intervention elle mobilise un bilan d'une charge positive vers l'ext-

rieur de la cellule.Les molcules de K+ intracellulaires suivent leur gradient chimique et sortent vers le milieu extracellulaire en apportant de plus en plus de charges positives avec elles, le versant intracellulaire de la membrane se trouve donc charg ngativement ce qui limite la diffusion des molcules de potassium. Donc, en dehors de toute transmission, l'quilibre instaur avec tous ces lments engendre une diffrence de potentiel lectrique entre le milieu extracellulaire charg positivement et le milieu intracellulaire de charge ngative. On appelle ce potentiel transmembranaire: le potentiel de repos, celui-ci est souvent situ entre -50 et -75mV. Il existe d'autres molcules et d'autres lments intervenants qu'on n'a pas voulu dtailler ici pour simplifier le phnomne, sinon c'est beaucoup plus compliqu [39, 41, 100,133].

3. Le potentiel d'action [39, 41]:Il existe sur la membrane un canal sodium-voltage-dpendant qui ne s'ouvre que lors

L'influx nerveux

- 32 -

Rappel anatomiqued'une variation du potentiel lectrique entre les deux versants de la membrane. Lorsque le potentiel membranaire dpasse une valeur seuil, les canaux sodiques voltage-dpendants s'ouvrent et provoquent une entre massive des ions Na+ l'intrieur de la cellule (environs

1 millions/seconde [96, 134]) jusqu' ce que la polarit de la membrane s'inverse (phase de dpolarisation).Le potassium peut alors suivre son gradient de concentration est sortir vers l'extrieur de la cellule, ceci va ramener peu peu le potentiel membranaire son tat de repos (phase de repolarisation). Durant cette phase, les canaux de sodium s'inactivent et ils ne peuvent plus tre ouverts pendant une priode rfractaire. Le sodium continue tre pomp activement en dehors de la cellule contre les molcules de potassium qui vont rejoindre l'intrieur de la cellule. Le retard que fait le potassium pour rentrer dans la cellule est responsable d'une hy-

perpolarisation qui va peu peu rgresser.

4. La propagation du signal :Lorsqu'il y a une dpolarisation membranaire pour une raison ou une autre, le plus souvent au niveau du cne d'mergence [113], l o la concentration en canaux sodiques voltage-dpendants est la plus marque, il y a activation d'autres canaux proximit et ainsi de suite. Ce phnomne de vague de dpolarisation continue jusqu' ce que le signale de dpolarisation membranaire traverse toute la longueur axonale et se termine au niveau du bou-

ton terminal. La priode rfractaire des canaux sodiques voltage-dpendants ne permet pas au signal de faire marche arrire [135], le signal se propage donc toujours en un seul sens. On appelle cette vague de potentiels d'action: L'influx nerveux. La propagation de cet influx obit la loi du tout ou rien: Soit le potentiel transmembranaire dpasse une valeur seuil et se traduit par un potentiel d'action ou bien il est tout simplement ignor. Sur une seule fibre nerveuse, l'amplitude du potentiel d'action ne varie pas, le codage de l'intensit du signal se fait par la frquence des potentiels d'action, plus il y a de potentiels d'action, plus le signal est intense.

La vitesse de transmission de l'influx nerveux varie d'un neurone un autre. En effet,plus le diamtre de l'axone est grand plus le signal se propage vite.

L'influx nerveux

- 33 -

Rappel anatomiquePropagation saltatoire

Propagation continue Image 24: Propagation saltatoire et continue de linflux nerveux.La vitesse de l'influx nerveux dpend aussi de la mylinisation de l'axone [100]: Pour les fibres mylinises, le potentiel d'action saute de nud en nud, on parle d'une transmission de type (saltatoire) qui est trs rapide (jusqu' 120 m/s [75, 119]) l'oppos de la propagation (continue) des fibres amylinises qui est plus lente. Au niveau des fibres mylinises, les canaux de Na+ sont condenss au niveau des

nuds, le potentiel d'action enregistr ce niveau est si important qu'il peut rapidementinfluencer les canaux sodiques qui se trouvent dans le nud suivant et ainsi de suite.

L'influx nerveux

- 34 -

Rappel anatomique

Les synapsesEn 1897, Le neurophysiologiste anglais Charles Sherrington [74] a constat que la vitesse de l'influx nerveux depuis le cortex jusqu'aux membres tait infrieure celle de la propagation au niveau d'une seule fibre nerveuse. Il conclut alors qu'il devait y avoir une sorte d'interruptions qui ralentissent la transmission de l'influx. C'est ainsi qu'il apporta le concept de Synapse (du grec, syn qui signifie ensemble, haptein veut dire toucher ou saisir; c'est--dire connexion) [52].

Image 25: Une synapse chimique.En effet, les neurones communiquent les uns avec les autres grce aux synapses. Sur un seul neurone on peut trouver de 1.000 10.000 synapses [109] (environ 300.000 au niveau des cellules de Purkinje crbelleuses [57]). Multipliez ce nombre par 100 mil-

liards de neurones pour avoir une ide sur le nombre des communications au sein du systme nerveux !

1. Classification [39, 71]:Les synapses peuvent tre classes selon leur localisation, leur structure leur fonction ou la nature du neurotransmetteur libr leur niveau.

1.1. Selon la localisation [4]:Les terminaisons axonales peuvent tre au contact des dendrites (synapse axo-

dendritique), du pricaryon (synapse axo-somatique) ou mme se terminer sur un axone(synapse axo-axonale).

Les synapses

- 35 -

Rappel anatomique

1.2. Selon leur nature :On distingue deux grandes catgo-

ries de synapses [41]: Les synapses lectriques [42] qui constituent des jonctions communicantes entre certains neurones, elles jouent un rle important lors du dveloppement et se transforment souvent aprs en synapses

Image 26: Une synapse chimique.

chimiques. Chez l'adulte, elles sont limites quelques rgions de l'encphale. Les synapses chimiques [52] sont de loin les plus rpandues, le signal y circule par scrtion de mdiateurs chimiques appels: neurotransmetteurs ou neuromdiateurs. Ces neurotransmetteurs peuvent avoir un effet excitateur (actylcholine glutamate) ou

inhibiteur (GABA). Un neurone peut scrter plus d'un type de neurotransmetteur41].

[38, 39,

1.3. Selon la cellule post-synaptique :Les synapses peuvent lier des neurones avec d'autres neurones ou avec des cellules effectrices [2]: glandulaires (jonction neuro-glandulaire) ou musculaires (jonction neuro-

musculaire).

2. Anatomie dune synapse :Une synapse se constitue de trois parties [5]: une rgion pr-synaptique qui correspond au

bouton terminal de l'axone pr-synaptique, unergion post-synaptique (la zone en regard du bouton terminal). Ces deux rgions quoique trs rapproches sont toujours spares par un espace qu'on appelle (la fente synaptique). Le bouton terminal contient des vsicules sy-

Rgion pr-synaptique

Fente synaptique Rgion post-synaptique

naptiques remplies de neurotransmetteurs, et plusieurs mitochondries (source d'nergie). La partie post-synaptique ne renferme pas de vsicules sy-

Image 27: Anatomie dune synapse

chimique. Les synapses - 36 -

Rappel anatomiquenaptiques ce qui rend la propagation du signal unidirectionnelle ce niveau. La partie post-synaptique contient des rcepteurs le plus souvent de type canalaire qui vont s'ouvrir en rponse l'action des neurotransmetteurs librs.

3. Processus :Quand un train de potentiels d'action (succession de potentiels daction) arrive au niveau du bouton terminal, il provoque l'ouverture des canaux calciques voltagedpendants. Le calcium pntre alors massivement l'intrieur de la cellule et stimule par une cascade de ractions chimiques [39, 57] la fusion des vsicules synaptiques avec la membrane plasmique. En moyenne 300 vsicules synaptiques se librent avec chaque potentiel d'action [57]. Plus il y a de potentiels d'action, plus le nombre de vsicules libres augmente. Les neurotransmetteurs diffusent vers la rgion post-synaptique pour activer leurs

rcepteurs puis sont rapidement limins

[57] soit par diffusion en dehors de la fente sy-

naptique (ils seront alors capts par les gliocytes), soit dgrads par une enzyme spcifique et rabsorbs par le bouton terminal afin de produire d'autres neurotransmetteurs (Recap-

ture Reuptake [100]).

4. Potentiels post-synaptiques :4.1. Potentiel post-synaptique excitateur :Dans une synapse activatrice, le neurotransmetteur provoque une ouverture des canaux sodiques permettant au sodium de pntrer l'intrieur de la cellule crant ainsi une dpolarisation locale appele (Potentiel Post-Synaptique Excitateur ou PPSE [4, 39, 41]).Celui-ci provoque rarement un potentiel d'action au niveau des dendrites ou du pricaryon vue que ces deux rgions sont trs pauvres en canaux sodiques voltage-

dpendants. Il s'agit donc d'un potentiel gradu dont l'amplitude diminue avec le temps etla distance entre la synapse activatrice et le cne d'mergence (zone extrmement riche en canaux sodiques voltage-dpendants et lieu habituel de l'initiation des potentiels d'action).

4.2. Potentiel post-synaptique Inhibiteur :Au niveau des synapses inhibitrices, le neurotransmetteur (ex : GABA) provoque dansla rgion post-synaptique une ouverture des canaux de chlore (qui va pntrer l'intrieur de la cellule) ou de potassium (qui va sortir de la cellule).

Les synapses

- 37 -

Rappel anatomiqueDans ces deux cas, il y a une hyperpolarisation locale de la membrane plasmique qu'on appelle (Potentiel Post-Synaptique Inhibiteur ou PPSI [4]), cette hyperpolarisation va diffuser de la mme faon que le PPSE jusqu'au cne d'mergence o elle va rendre plus difficile de produire un potentiel d'action. Les synapses inhibitrices sont souvent situes prs du cne d'mergence, c'est ce niveau que leur action d'inhibition peut tre la plus efficace.

Image 28: Neurotransmetteurs les plus rpondus.

5. Intgration :En temps rel, il est rare qu'une seule stimulation puisse donner lieu un PA. Le neurone reoit plusieurs stimulations la fois. Le traitement de celles-ci s'effectue au niveau de la zone d'implantation de l'axone par sommation spatio-temporelle des diffrents potentiels recueillis [38, 39, 54]. Dans la sommation spatiale [1]: si l'addition des potentiels excitateurs et inhibiteurs issues de diffrentes synapses et arrivant en mme temps au cne d'mergence est suprieur une valeur seuil elle va dclencher un potentiel d'action, sinon elle sera ignore. Dans la sommation temporelle [52]: Si beaucoup de potentiels excitateurs sont rap-

prochs dans le temps, ils s'ajoutent et peuvent galement atteindre le seuil de dpolarisation et donner lieu un potentiel d'action. Le cne d'mergence va jouer alors le rle d'intgrateur nerveux [96] qui va dcider, selon les diffrents potentiels recueillis son niveau, s'il va dclencher un potentiel d'action ou pas.

Les synapses

- 38 -

Rappel anatomique

La jonction neuromusculaireLes mouvements du corps sont effectus grce aux muscles. En se contractant, lemuscle se rduit en longueur et arrive ainsi rapprocher les deux os sur lesquels il est insr. Cependant, c'est le systme nerveux qui contrle cette contraction musculaire grce aux nerfs. Chaque nerf contient des milliers

de fibres nerveusesen prolongements

[51, 75] organises

dendritiques

qui

acheminent les informations sensitivosensorielles, et les axones (prolongements des motoneurones) qui vhiculent les influx moteurs.

Image 29: Fibres nerveuses du SNP.

1. Lunit motrice :Chaque motoneurone innerve plusieurs fibres musculaires, cette association dfinie ce qu'on appelle (une unit motrice [41, 54, 107, 109]). En gnral, moins il y a de fibres musculaires dans une unit motrice plus le mouvement est prcis. Au niveau du muscle temporal par exemple, il y a environ 1.000 fibres musculaires par unit motrice [1, 3], alors qu'au niveau des muscles oculaires externes il n'y en a que cinq, ce qui tmoigne du degr de prcision des mouvements de l'il [4, 41]. Quant l'intensit de la contraction musculaire, elle est proportionnelle au nombre

des units motrices mises en uvre.

2. La jonction neuromusculaire :Un motoneurone donne plusieurs terminaisons qui s'parpillent parfois sur toute l'paisseur d'un muscle. Chaque terminaison est destine stimuler une seule fibre musculaire dans un endroit bien prcis: La

jonction neuromusculaire [2, 4, 54].

Image 30: Une jonction neuromusculaire.

La jonction neuromusculaire

- 39 -

Rappel anatomique

2.1. Le bouton terminal :Juste avant la terminaison axonale, le motoneurone perd sa gaine de myline et forme un bouton terminal. Ce dernier contient beaucoup de

mito-

chondries assurant l'apport nergtiqueet plusieurs

vsicules

synaptiques.environ[4,

Chaque

vsicule

renferme

10.000 molcules d'actylcholinede la jonction neuromusculaire ).

100, 136]: (le neurotransmetteur exclusif

Image 31: Vsicules synaptiques.

2.2. La plaque motrice :Du ct de la fibre musculaire, on trouve (La plaque motrice) qui est la zone directement en regard du bouton termi-

nale. Mme si ces deux rgions (boutonsynaptique et plaque motrice) sont trs proches l'une de l'autre, il n'y a pas de vri-

Image 32: Les molcules dActylcholine.

table contact entre les deux.

La plaque motrice [39, 109, 135], paisse et lectriquement non excitable, forme des

replis jonctionnels qui augmentent la surface de contact synaptique.

3. Processus :Une fois arriv la terminaison nerveuse, l'influx moteur provoque l'ouverture des canaux cal-

ciques, ce qui dclenche une entre massive des ions de calcium l'intrieur de la cellule. Le calcium favorise la fusion des vsi-

cules

d'actylcholine avec laImage 33: Rcepteurs dAch au niveau de la

membrane cellulaire [39, 57] lib-

plaque motrice. - 40 -

La jonction neuromusculaire

Rappel anatomiquerant ainsi toute leur teneur en ce

neurotransmetteur dans la fentesynaptique. Les molcules d'actylcholine diffusent alors de l'autre ct aux

rcepteurs cholinergiques accumuls essentiellement au niveau des

Image 34: Fusion des vsicules avec la membrane.

replis.La liaison de deux molcules

d'Ach un rcepteur [5, 100, 113, 136] provoque l'ouverture d'un canal sodique, ce qui favorise l'entre des ions du sodium l'intrieur de la fibre musculaire, dpolarisant ainsi la membrane post-synaptique et crant un potentiel de plaque [4]. En fonction du nombre des rcepteurs activs, ce potentiel peut dpasser une valeur seuil et dclencher ainsi un potentiel d'action musculaire qui va diffuser vers l'ensemble de la membrane musculaire et provoquer une contraction de la fibre musculaire. Il peut y avoir une libration minime d'Ach par exocytose spontane dans l'espace synaptique en dehors de toute stimulation nerveuse. Cependant le nombre des rcepteurs ainsi activs est loin de dclencher un potentiel d'action musculaire [136].

4. Elimination de Lactylcholine :Les molcules d'actylcholine sont rapidement dtruites par une enzyme (l'actylcho-

linestrase

[1, 12]) prsente au niveau

de l'espace synaptique. Cette lyse va donner deux molcules: l'actate, et la choline qui va rejoindre la terminaison nerveuse afin de former de nouvelles molcules d'actylcholine. La destruction rapide de l'actylcholine permet ainsi d'viter la pro-

longation de la contraction musculaire.

Image 35: La destruction des molcules dAch par

lactylcholinestrase.

La jonction neuromusculaire

- 41 -

Rappel anatomique

Les neurotransmetteursLes cellules nerveuses communiquent entre elles et avec dautres cellules grce la scrtion de substances biochimiques appeles neurotransmetteurs [5, 38, 41, 54,]. Beaucoup de neurones scrtent plus dun type de neurotransmetteurs [38, 39, 41]. Certains neurotransmetteurs peuvent avoir diffrentes actions sur la mme cellule cible. Le

temps de rponse est variable lui aussi.Chaque bouton terminal contient plusieurs milliers de vsicules [1], chacune est remplie denviron 10.000 molcules de neurotransmetteurs [4, 100, 136].

1. Les neurotransmetteurs :1.1. Critres des neurotransmetteurs :On dnombre aujourdhui plus de 50 substances [52, 82] qui rpondent aux critres

des neurotransmetteurs . Ces principaux critres sont les suivants [38, 39, 41]: Un neurotransmetteur doit tre prsent dans le neurone prsynaptique. Sa libration doit se faire en rponse une dpolarisation prsynaptique. Il faut quil y ait dans le neurone postsynaptique des rcepteurs spcifiques pour ce neurotransmetteur. Dautres molcules trs rpandues dans lorganisme tel que lATP et le monoxyde

dazote sont rcemment considres comme neurotransmetteursdes proprits trs particulires.

[57, 110] bien quils ont

1.2. Classification des neurotransmetteurs :Il existe plusieurs classifications des neurotransmetteurs selon leur structure biochimique et leur action [10].

1.2.1. Selon leur structure :On en distingue gnralement deux grandes catgories selon leur structure [38, 41,52]: les

neuropeptides et les molcules de petite taille.

Les neuropeptides [2, 57] sont faits essentiellement de chanes dacides amins, ils comprennent une large gamme de molcules effets divers tels que les endorphines [76]

Les neurotransmetteurs

- 42 -

Rappel anatomiqueet la somatostatine [5], ils sont synthtiss au niveau du soma. Les petites molcules [38] regroupent lessentiel des neurotransmetteurs classiques tels que lactylcholine [41], le glutamate [38], le GABA [48] et les catcholamines [52]. Ils sont synthtiss essentiellement au niveau des terminaisons nerveuses et ont une action beaucoup plus rapide que celle des neuropeptides. Quelques soit le lieu de synthse des neurotransmetteurs, les enzymes sollicites sont toujours synthtises dans le corps cellulaire [80].

1.2.2. Selon leur action :Les neurotransmetteurs peuvent tre excitateurs ou inhibiteurs, ils peuvent aussi avoir une action directe ou indirecte sur leurs rcepteurs.

2. Les neuromodulateurs :Tandis que le rle majeur des neurotransmetteurs est de transmettre linflux nerveux dune cellule nerveuse une autre, les neuromodulateurs [1] (qui sont aussi secrts par des neurones) ont la fonction de modifier le fonctionnement et le mtabolisme de la cellule cible pendant une dure trs considrable. Ces neuromodulateurs affectent gnralement une population de neurones et harmonise leur fonctionnement.

3. Les neuro-hormones :Les neuro-hormones[1] comme certaines catcholamines (adrnaline et

noradrna-

line) sont des substances libres par des cellules nerveuses dans le courant sanguin,elles agissent donc distance sur leurs cellules cibles dissmines au niveau de tout lorganisme. Un neurotransmetteur peut tre aussi neuromodulateur ou neuro-hormone selon son lieu de production et sa diffusion.

4. Les rcepteurs des neurotransmetteurs :Toutes les substances biochimiques susmentionnes ne peuvent avoir deffet que sur des sites capables de les identifier et les recevoir: Les rcepteurs [41]. Les rcepteurs sont des structures macromolculaires spcifiques qui se trouvent dans des rgions particulires de la membrane plasmique des cellules cibles.

Les neurotransmetteurs

- 43 -

Rappel anatomiqueOn appelle les molcules qui se lient un rcepteur et lactivent (ligands ou agonistes). Les substances capables de se fixer sur un rcepteur et le bloquer sont appeles (antago-

nistes).Il existe deux types de rcepteurs [41]: Les rcepteurs associs un canal (appels aussi ionotropes) [4, 39] qui permettent une action directe et rapide des neurotransmetteurs. Ces rcepteurs ouvrent un canal provoquant ainsi une diffusion ionique spcifique et du coup un changement directe et rapide du potentiel de la membrane post-synaptique. Les rcepteurs mtabotropes ( protine G) [4, 39] qui dterminent des rponses synaptiques lentes, produites par la protine G et par des seconds messagers intracellu-

laires.Lensemble rcepteurs et substances chimiques qui les activent ou inactivent constitue une cible majeure des mdicaments utiliss en thrapeutiques [38, 41] et de la plupart des

drogues.

Les neurotransmetteurs

- 44 -

Rappel anatomique

La barrire hmato-encphaliqueLe cerveau humain qui pse environ 2% [137] de la masse corporelle ncessite plus

de 20%

[138] de

l'apport nergtique de tout le corps, c'est ainsi qu'il reoit lui seul

16% [5] de l'irrigation artrielle.Le SNC ne dispose pas de vritables rserves d'nergie ou d'oxygne [109] et les neurones ne sont pas capables de fonctionner en anarobie [52]. C'est donc un organe tout fait dpendant d'une bonne vascularisation artrielle et d'un apport suffisant en oxygne et nutriment. Ainsi, au bout de 10 secondes sans oxygne on perd connaissance et au bout de quelques minutes les neurones commencent mourir [105]! En contrepartie, le systme nerveux ncessite un milieu stable pour son fonctionnement optimal. Il ne peut pas tolrer des fluctuations normes et soudaines dans la constitution molculaire et ionique au niveau des espaces interstitiels. Pour cela, le systme nerveux est quasi totalement isol du sang grce une barrire qui constitue un filtre de passage obligatoire et extrmement slectif entre le contenu des capillaires sanguins et le milieu extracellulaire du tissu nerveux. On appelle cette barrire: La barrire hmato-encphalique[41, 70] (BHE).

Avant la dcouverte des microglies et leur rle immunitaire au sein du SNC, on considrait que ce dernier ne disposait que de la barrire hmato-encphalique comme unique

moyen de dfense passive contre les agressions toxique et infectieuses.

1. Anatomie de la barrire hmato-encphalique :La BHE se constitue de trois lments essentiels qui sont [70]: Les jonctions serres des cellules endothliales qui tapissent l'intrieur des capillaires sanguins. Au niveau du cerveau, ces jonctions ont une structure particulirement plus

tanche qu'au niveau du reste du corps et le nombre des mitochondries de ces cellulesendothliales est 5 10 fois plus levs qu'ailleurs [91], ceci est en rponse la demande nergtique trs leve des processus de transport actif ce niveau. La membrane basale des capillaires artriels. Et les terminaisons astrocytaires (pieds astrocytaires) des astrocytes de type I [41,70], qui (en se joignant les unes avec les autres) forment un vritable bouclier contre tout

passage d'lments indsirables l'intrieur du tissu nerveux.

La barrire hmato-encphalique

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Rappel anatomique

2. Physiologie de la barrire hmato-encphalique :En plus de leur participation relativement passive dans la formation de la barrire hmato-encphalique, les astrocytes sont galement capables de contrler la contraction et la dilatation des vaisseaux sanguins [96], rgulant ainsi le dbit sanguin afin de grer le prlvement des substances en fonction des besoins. La barrire hmato-encphalique joue aussi bien un rle physiologique qu'anatomique, les gaz (oxygne et dioxyde de carbone) ainsi que les substances liposolubles et

l'alcool

[91] peuvent librement la traverser selon leur gradient de concentration (du plus

vers le moins concentr). Alors que les molcules polaires (ionises, hydrophiles) ne peuvent diffuser que grce des mcanismes de transport actifs qui font appel des canaux et des pompes spcifiques et qui ne se font qu'en fonction des besoins.

3. Barrire hmato-encphalique et thrapeutique :La barrire hmato-encphalique constitue un vritable obstacle pour le passage des

mdicaments [41] ayant pour cible des affections neurologiques telles que les tumeurs crbrales. Plusieurs recherches sont menes actuellement pour pallier ce problme.Cette contrainte peut tre contourne soit par l'injection de fortes doses de mdicaments, l'administration d'un agoniste ou un prcurseur qui passe la barrire (le cas par exemple de la L-dopa vs dopamine [1, 41]), ou par l'injection intrathcale [42] du mdicament (directement au niveau du LCR).

4. Barrire hmato-encphalique et pathologie :Chez les nouveau-ns et les nourrissons, la barrire hmato-encphalique n'est pas

aussi efficace que chez l'adulte, elle permet le passage de certaines molcules neurotoxiques comme les pigments biliaires qui peuvent endommager le cerveau (ictre nu-

claire) [42].Dans certains cas pathologiques comme par exemple les mningites, il y a une rupture de la BHE, ce qui heureusement favorise le passage d'antibiotiques tels que la pnicil-

line l'intrieur du systme nerveux central [42].

La barrire hmato-encphalique

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Rappel anatomique

La neuroplasticit"L'tre humain est gntiquement programm, programm pour apprendre " (F. Ja-

cob, 1981).

1. Cerveau vs Ordinateur :Le fonctionnement du systme nerveux et celui d'un systme informatique prsentent certaines similitudes [118, 228, 229]: Les deux ont un signal binaire de base (01). Pour les ordinateurs, soit le courant passe soit il ne passe pas. Pour le systme nerveux: la loi du tout ou rien des potentiels d'action. Ils ont tous les deux une partie hardware (matriel pour l'ordinateur et organes pour le systme nerveux), et une partie software [229] (logiciels pour les systmes informatiques et fonctions suprieurs pour le systme nerveux) [228]. Cependant, Le systme nerveux est extrmement puissant sur plusieurs chelles: Si on compare un transistor (lment de base d'un microprocesseur, ce dernier tant le centre de calcul et de traitements des donnes dans un ordinateur) une synapse puisque les deux ont des fonctions similaires, on se rend compte que dans les plus performants des microprocesseurs conus aujourd'hui il n'y a que de 3 milliards de transistors[Wikipedia, Transistor count]. Alors qu'au niveau du systme nerveux, on dispose d'environ

100 billions de synapses (100.000.000.000.000)

[4, 57], un nombre aussi fascinant

qu'extraordinaire de connexions nerveuses dans notre corps. Notre cerveau est un superordinateur qui non seulement compte un nombre aussi considrable de neurones et de synapses, mais aussi les gre un coup minimal d'ner-

gie: peu prs de quoi alimenter une lampe ordinaire. Si on construirait un superordinateurdot du mme nombre en transistors il nous faudrait au moins 100 mgawatts d'nergie pour le faire fonctionner: assez d'nergie pour alimenter toute une ville [139] ! Non seulement le cerveau est nettement suprieur en nombre de connexions et de la faible consommation d'nergie mais il est aussi nettement bien suprieur dans la ges-

tion des connexions. Celles-ci au niveau du cerveau marchent en parallle: chaque instant des milliards d'informations circulent la fois. Alors qu'au niveau des microprocesseurs il s'agit d'un mode de fonctionnement en srie; une information aprs l'autre.

La neuroplasticit

- 47 -

Rappel anatomique Mais la facult la plus extraordinaire du systme nerveux n'est certainement pas sa puissance. Le vritable et indniable pouvoir du systme nerveux demeure et restera tout jamais sa flexibilit et sa souplesse. Chaque jour on perd environs 100.000 neurones[111] et pourtant on continue vivre comme si rien n'tait, cela est d la formation de

nouvelles connexions qui concourent pallier au dficit. Alors qu'un microprocesseurtombera vraisemblablement en panne pour la perte d'un seul transistor !

2. Dcouverte :En 1890, le clbre physiologiste russe Ivan Pavlov [76] a remarqu que les chiens avaient tendance saliver avant d'entrer rellement en contact avec les aliments. Il dcida alors d'investiguer plus en dtail cette (scrtion psychique). Il ralisa une exprience dans laquelle il annonait chaque fois le repas au chien par un signal sonore. Aprs quelques jours, le chien commenait saliver chaque fois qu'il entendait ce signal. Pavlov conclut alors que les rflexes d'ordre physiologique peuvent tre provoqus par un conditionne-

ment spcial du cerveau et il apporta le concept de (rflexe conditionn [54]).Cette exprience a eu un grand impact sur la neurologie et la psychologie moderne. Plutard, le terme (neuroplasticit) fut invent par son lve Jerzy Konorski qui dveloppa davantage les recherches de Pavlov. On sait aujourd'hui que les rflexes conditionns ne sont en fait que des variantes d'une proprit fondamentale et essentielle du systme nerveux: La neuroplasticit [97].

La neuroplasticit est la facult crbrale la plus remarquable et la plus frappante,c'est le pouvoir de se modifier et de s'adapter aux conditions de l'environnement et de l'exprience. C'est grce la neuroplasticit qu'on peut mmoriser, qu'on peut oublier, qu'on peut apprendre, qu'on peut se dvelopper et qu'on peut rcuprer des lsions c-

rbrales qui peuvent tre parfois dvastatrices.La dcouverte de Pavlov n'est qu'un seul exemple de ce dont le systme nerveux est capable. En effet, le systme nerveux est en perptuel changement et dveloppement, et les recherches dans ce sens ne cessent de nous impressionner chaque jour par l'incroyable

potentiel de la neuroplasticit.Grce aux techniques modernes comme la TEP (tomographie par missions de po-

sitons

[67]) et l'IRM

fonctionnelle

[76] qui permettent de localiser les rgions crbrales

responsables de certaines fonctions, on a pu montrer que chaque personne dispose d'une

rpartition particulire des aires fonctionnelles au sein de son cerveau. Certes il y a des La neuroplasticit - 48 -

Rappel anatomiquecorrespondances dans les grands traits, mais il y a quand mme quelques diffrences selon le pass et l'exprience de chacun. C'est ainsi par exemple qu'un violoniste a une rgion du cerveau assez dveloppe pour les muscles qui contrlent le doigt auriculaire au dtriment des autres doigts, qu'un

aveugle de naissance ou depuis l'enfance et qui utilise le langage de Braille pour lire dveloppe une activit importante au niveau du cortex visuel mme si l'individu est incapable de voir. Chaque fois qu'une rgion du cerveau se trouve non fonctionnelle cause d'une lsion d'un appareil sensorielle ou effecteur elle cde son capital de cellules nerveuses

d'autres fonctions du cerveau. Dans le cerveau, on ne chme pas!!!Ceci explique comment les aveugles ont une oue et un tact trs fins, comment les

sourds muets dveloppent des facults de communication avec les signes assez impressionnantes et comment d'autres handicaps arrivent compenser leur handicap en dveloppant d'autres aptitudes. La neuroplasticit nous explique aussi comment on peut devenir plus intelligent avec

le temps alors qu'on perd chaque jour des dizaines de milliers de neurones sans qu'ilssoient remplacs !

3. Mcanismes :D'o vient cette souplesse et cette plasticit du systme nerveux ? En fait, Il y a plu-

sieurs mcanismes sous-jacents, que ce soit une chelle locale ou globale.

3.1. A l'chelle synaptique (plasticit synaptique) [52]:Si on provoque un potentiel d'action au niveau d'un neurone pr-synaptique et qu'on

rpte plusieurs fois la mme stimulation, on note que la rponse du neurone postsynaptique s'amplifie en intensit au fur et mesure, il y a donc une amlioration de l'ef-

ficacit synaptique. Si aprs quelques jours, on restimule le mme neurone prsynaptique on va enregistrer au niveau post-synaptique la mme rponse intense. On appelle ce phnomne la potentialisation long terme (PLT) [3, 38, 39]. Chaque fois qu'une synapse est sollicite plusieurs fois, elle devient plus ractive et plus efficace pendant une longue dure. Ceci peut tre due : La scrtion croissante des neurotransmetteurs.

La neuroplasticit

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Rappel anatomique Laugmentation du nombre des rcepteurs post-synaptiques ou le changement de leurs proprits (phosphorylation), leur ouverture va durer donc plus longtemps. Ou bien une baisse de la recapture.

3.2. A l'chelle cellulaire (Plasticit neuronale) [74]:Le neurone peut crer de nouvelles synapses (synaptogense) ou modifier la conformation des pines dendritiques, ce qui a des retentissements sur l'amplitude de l'excitation synaptique. Le seuil d'excitabilit au niveau du cne d'mergence peut galement varier selon plusieurs facteurs notamment hormonaux, ainsi un seuil plus haut va rendre plus difficile de crer un potentiel d'action. Aussi mais exceptionnellement, il peut y avoir un faible niveau de neurogense, le plus souvent au niveau de l'hippocampe. Des nouveaux neurones naissent avec de nouvelles fonctions.

3.3. A l'chelle globale (plasticit crbrale) [141]:Il peut y avoir une rorganisation des rseaux des neurones et redfinition de leurs connexions. On retient de Donald Hebb [140] (qui est considr comme le pre de la neuroplasticit dans les annes cinquante) la phrases "Neurons that fire together wire together[140] = Les neurones qui dchargent ensemble se lient ensemble". Chaque fois qu'un

cir-

cuit de neurones est sollicit plusieurs reprises, il forme un rseau solide qui se spcifiera excuter une fonction bien prcise.

4. Applications :De plus en plus d'tudes se focalisent sur la neuroplasticit afin d'lucider ces mcanismes, ses limites et surtout ses promesses. Aujourd'hui, Les neurochirurgiens ont de plus en plus de connaissances leur permettant de prvoir si une fonction va tre rcupre aprs un geste chirurgical sur le cerveau ou pas. Cette souplesse crbrale commence tre exploite depuis quelques annes, en particulier dans le domaine des pertes sensorielles. En effet, Il existe actuellement des dispo-

sitifs qui permettent des personnes atteintes de certaines formes de ccit de (voir) en utilisant la langue[97, 141]: des

camras poses sur le front transmettent les donnes

visuelles un dispositif qu'on met sur la langue, les diffrents signaux lumineux sont convertis en signaux mcaniques. La langue tant trs sensible permet au patient de faire la

La neuroplasticit

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Rappel anatomiquediscrimination entre ces pixels mcaniques. Avec le temps le cerveau arrive s'adapter

cette nouvelle fonction et c'est le cortex visuel qui va se charger de percevoir cette nouvelle modalit de vision. Un autre exemple d'une patiente qui a perdu le sens de l'quilibre aprs une toxicit labyrinthique due aux antibiotiques. On lui a quip d'un dispositif qui envoie selon la localisation spatiale des signaux rguliers vibratoires au niveau du plancher buccal. Peu peu, le cerveau s'est adapt cette nouvelle forme de signale et a intgr son fonctionnement de la mme faon qu'il intgre les donnes neurologiques issues des labyrinthes. Ces applications trs pratiques de la neuroplasticit sur des pertes sensorielles nous prouvent une fois de plus que les organes de sens ne sont que des moyens d'extraction des donnes que nous recevons du monde. Ils sont certes trs puissants et trs labors, mais en cas de panne priphrique, on peut pallier leur perte par des organes artificiels (substitution sensorielle [97]), et le cerveau va se charger de s'adapter aux nouvelles modalits.

La neuroplasticit

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Systmes sensoriels Gnralits ..................................... 53 La somesthsie .................................................................... 54 La vision ................................................................................ 59 L'audition .............................................................................. 65 L'quilibre ............................................................................. 71 L'olfaction ............................................................................. 74 La gustation ......................................................................... 76

Systmes sensoriels

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Systmes sensoriels

Systmes sensoriels GnralitsLes sens jouent un rle fondamental dans notre vie. C'est grce nos diffrents systmes sensoriels que nous sommes lis notre environnement et qu'on est constamment au courant de ce qui se passe autour de nous. On estime qu' chaque seconde notre cerveau reoit plus d'un milliard d'informations des diffrentes modalits sensorielles [142]. Ce nombre extrmement norme nous dmontre quel point le systme nerveux est constamment li l'environnement. Comme beaucoup d'autres espces, nous disposons de plusieurs modalits senso-

rielles qui dtectent plusieurs proprits physiques et chimiques.Ainsi, nous disposons d'un systme visuel fabuleux sensible la lumire. Grce ce systme on peroit les ondes lectromagntiques comme images pleines de sens. Nous disposons galement d'un systme auditif qui dtecte les variations de pression

arique aussi infimes qu'elles soient et les convertit en un son comprhensible.Deux autres systmes chimiques olfactifs et gustatifs nous permettent de dtecter des particules chimiques et leur attribuer une odeur et un got. Un autre systme d'quilibration nous informe (consciemment ou pas) de notre posi-

tion et nos mouvements dans l'espace.Et au-del de tout, nous disposons d'une entit sensorielle impressionnante: Le sys-

tme somesthsique, aussi important que la vision et l'audition. Ce systme, diffus et ubiquitaire travers tout l'organisme[39], nous renseigne constamment sur

notre propre

corps, ce qui le touche et surtout ce qui le menace.Les systmes sensoriels sont souvent faits d'un organe rcepteur, d'une voie de

transmission et d'une zone de rception et de perception corticale au niveau du cerveau.C'est au niveau de l'organe rcepteur que se fait la transduction du signal, c'est--dire la conversion des proprits physico-chimiques des signaux lectriques pouvant tre transmis par les neurones. L'arrive de ces signaux lectriques au niveau des zones corticales primaires ne constitue qu'une premire tape de l'assimilation de l'information au niveau du cerveau. En effet, il faut d'autres zones corticales dites associatives o l'information se procure un sens, c'est ce processus qu'on appelle la perception.

Systmes sensoriels Gnralits

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Systmes sensoriels

La somesthsieLa somesthsie[2, 5, 72] (appele aussi sensibilit du corps,

sensibilit gnrale ou

encore sensibilit somatique) diffre des autres systmes sensoriels. En effet, ses organes rcepteurs sont distribus partout sur le corps [39] et elle correspond des modalits sensorielles compltement diffrentes [5].

1. Modalits somesthsiques :La somesthsie est au fait un systme multi-sensoriel qui renseigne sur : Le tact fin (picritique) [36]: dtecteur des formes dlicates et des textures fines des objets. Le tact grossier (protopathique): nous donne une ide globale sur la gomtrie des objets. La pression. La vibration (pallesthsie) [107]. La temprature [4]. La douleur (nociception) [5]. Et le sens de position des membres dans l'espace (statokinsie). En gnral, on distingue trois grandes catgories de sensibilit gnrale [5, 96]: L'exteroception : Sensibilit lie au monde extrieur. La proprioception [4]: Perception de la position relative des parties du corps (sen-

sibilit profonde). L'interoception [74]: Sensibilit des viscres et des systmes vgtatifs.

2. Les rcepteurs [41, 57]:Il y a plusieurs types de rcepteurs qui participent la conversion des diffrents signaux (mcaniques, thermiques et chimique) en potentiels d'action: langage compris par

les neurones. C'est ainsi qu'on distingue : Les mcanorcepteurs (qui ragissent la pression), Les chmorcepteurs stimuls par des substances chimiques,

La somesthsie

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Systmes sensoriels Les thermorcepteurs (sensibles la chaleur), Et les nocicepteurs (qui recueillent les donnes sur la douleur) [57]. Dans la catgorie des mcanorcepteurs [5], il existe plusieurs varits en fonction du pouvoir discriminatif (capacit de distinguer entre deux points de stimulation rapprochs), et du temps d'adaptation au stimulus (dlai aprs lequel le rcepteur cesse d'mettre des potentiels d'action).

Corpuscule De Pacini

Terminaisons Libres

Rcepteurs Pileux

Corpuscule De Meissner

Rcepteurs De Krause

Fuseau Neuromusculaire

Image 36: Les rcepteurs somesthsiques.On distingue ainsi : Les rcepteurs pileux [44], les disques de Merkel [38, 41], les cor-

puscules de Meissner (trs importants pour le tact fin)[143].

[38], et les

corpuscules de Ruffini

Les rcepteurs de la temprature sont au nombre de deux [36]: Rcepteurs au chaud et rcepteurs au froid. Pour la sensibilit proprioceptive, il existe trois varits de rcepteurs: Les organes

tendineux de Golgi [54, 109], les fuseaux neuromusculaires [3, 38, 109] et les rcepteurs articulaires [54, 109].Il existe galement des rcepteurs polymodaux [57, 144] et des terminaisons ner-

veuses libres [41] qui renseignent essentiellement sur la douleur.

La somesthsie

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Systmes sensoriels

3. La transmission :3.1. Voies priphriques de la transmission somesthsique :Les rcepteurs sont lis des fibres nerveuses qui acheminent les informations sensitives des rcepteurs vers le SNC. On distingue quatre

A alpha

A beta

types de fibres selon leur diamtre etleur ventuelle mylinisation [57]: Les fibres A alpha sont des fibres mylinises de gros diamtre: (proprioception). Les fibres A beta, mylinises de diamtre moyen: (Mcanorcep-

A delta

C

Image 37: Fibres nerveuses somesthsiques.

tion). Les fibres A delta, fibres mylinises de petit diamtre. Et les fibres C amylinises de petit diamtre: (pour la nociception et la thermoception) [3]. Les corps cellulaires (pseudo-

unipolaires) de ces fibres sont situsImage 38: La chane des trois neurones dedans les ganglions spinaux pour les nerfs rachidiens, et dans le ganglion de

transmission somesthsique.

Gasser (ganglion trijminal)du visage.

[45] pour le nerf trijumeau qui est responsable de la sensibilit

3.2. Champs rcepteurs :On appelle (champ rcepteur) [5] la zone anatomique innerve par les prolongements

dendritiques d'une seule cellule nerveuse. Ces rgions sont d'autant plus petites et nombreuses au niveau des extrmits (pulpe des doigts, lvres, langue), ce qui explique la fi-

nesse de la sensibilit dans ces rgions.

La somesthsie

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Systmes sensoriels

3.3. Dermatomes :Chaque racine sensitive contient des fibres sensorielles relies une partie de la peau qu'on appelle: Un

dermatome

[41]. Il existe

31 paires de nerfs rachidiens,

cependant on a que 30 paires de dermatomes. Ceci est d au fait que la premire racine nerveuse spinale C1 ne contient souvent pas de fibres sensitives [13, 18].

3.4. Voies centrales de la transmission somesthsique :Il y a classiquement une chane de trois neurones qui assure la conduction du signal sensitif jusqu'au cortex

crbral. Au niveau du SNC, les fibres de la sensibilits'organisent en deux principaux faisceaux: Le systme

Image 39: Les dermatomes.

lmniscal (voie des colonnes dorsales) et le systme extra-lmniscal (spino-thalamiqueou antrolatral) (spine = rachis). Les fibres du systme lmniscal [41] acheminent les informations du tact fin, de la

vibration et de la proprioception. Ellesconstituent les cordons postrieurs de la moelle et montent jusqu'aux noyaux graciles

Image 40: Un dermatome.

et cuniformes [36] au niveau du bulbe rachidien. A ce niveau, elles font des synapses avec

les neurones suivants, ceux-ci croisent la ligne mdiane (dcussation) et montent le long du ruban de Reil mdian (lmnisque mdian) jusqu'au thalamus o ils vont faire une deu-

xime synapse. Le systme extra-lmniscal [145] achemine les affrences de la douleur, de la

thermoception et du tact grossier. Les premiers neurones de ce systme font directement synapse ds leur rentre la moelle au niveau de la substance glatineuse, lesdeuximes neurones vont croiser la ligne mdiane et former le faisceau antrolatral qui va rejoindre le thalamus o ces fibres vont faire une deuxime synapse. Des fibres de ce systme font relais au niveau de diffrents noyaux du tronc crbral notamment la forma-

La somesthsie

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Systmes sensoriels tion rticule et la substance grise priaqueducale. Il existe galement un troisime systme qui relie le cervelet aux fibres ramenant les informations de la proprioception inconsciente (faisceau spino-crbelleux) [38, 75]. Les deux systmes (lmniscal et extra-lmniscal) rejoignent le thalamus au niveau du

complexe ventro-basal

[50]. A ce niveau, il existe une carte

somatotopique des diffrentes

parties du corps, la tte au niveau du noyau ventral postro-mdial (VPM) [71] et le reste du corps au niveau du noyau ventral postro-latral (VPL) [2]. Du thalamus vont se projeter les troisimes neurones vers le cortex somatosensoriel

primaire.

4. La perception :Le cortex somatosensoriel primaire S1 se situe au niveau de la circonvolution pari-

tale ascendante (gyrus post-central) et rpond aux aires 3, 1 et 2 de la classification de Brodmann[38]. A ce niveau, il y a galement une reprsentation

somatotopique

[57] de

l'ensemble des parties du corps. Cette reprsentation est disproportionne en fonction de la finesse sensitive et de la rpartition des champs rcepteurs au niveau de chaque partie du corps. Cette somatotopie se trouve illustre par le fameux homonculus de Penfield [119] qui a une bouche et des mains gantes et un tronc minuscule. Des fibres issues du cortex somesthsique primaire S1 vont se projeter sur le cortex

somesthsique secondaire S2 [38] impliqu dans des processus de mmorisation.D'autres vont rejoindre le cortex somatosensoriel associatif en arrire au niveau du cortex parital postrieur (aire 5 et 7) [57], c'est l que va se faire l'intgration des informations sensitives avec les informations visuelles afin de construire une ralit cohrente. Au total, chaque cortex somatosensoriel reoit et analyse les informations sensitives issues du ct controlatral du corps.

La somesthsie

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Systmes sensoriels

La vision" On ne voit pas avec les yeux, on voit avec le cerveau. "De tous les systmes sensoriels dont on dispose, la vision [52, 57, 133] est sans doute le sens qui nous marque le plus. C'est grce la vision qu'on peut observer, analyser et interagir proprement avec le monde qui nous entoure. Sans vision la vie serait noire !

1. Rception :1.1. Anatomie :L'organe rcepteur de la vision est l'il (globe

oculaire)

[43, 45]. Cet organe sphrique est com-

pos de trois enveloppes [42] qui sont de l'extrieur l'intrieur: La sclre, la chorode et la r-

tine. La sclre (le blanc d'il)[146] est une enve-

loppe blanche et rsistante qui maintient la pres-

sion interne et protge l'il contre les agressionsmcaniques. Elle se prolonge en avant par une enveloppe fine, transparente, non vascularise et richement innerve: La corne [64]. Celle-ci fait saillie en avant du globe oculaire.

La chorode

[5, 64, 146]: Une enveloppe

noire

Image 41: Une section du globe

et richement vascularise qui nourrit les cellules

oculaire.

photo-rceptrices de l'il et maintien l'intrieur de l'il en chambre noire. La chorode se prolonge en avant par le corps ciliaire [94, 122, 147] et l'iris [133] qui nous donne la couleur des yeux et qui dlimite une ouverture: la pupille. Toutes ces structures vasculaires forment ce qu'on appelle l'uve [72].

La rtine [57]: Une membrane mince de 0,5 mm environs [154] trs vascularise. Cestle tissu nerveux qui se prolonge par le nerf optique au niveau de la papille optique. La rtine est la partie sensitive qui contient les cellules photo-rceptrices [39, 94]. Derrire l'iris, on trouve le cristallin [99, 148], une sorte de lentille transparente et

La vision

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Systmes sensoriels

Sclre

Chorode

Rtine

Image 42: Les trois tuniques de lil.biconvexe qui participe la convergence des faisceaux lumineux sur la rtine. L'il est remplit l'intrieur de substances qui maintiennent sa forme globulaire : En avant du cristallin on trouve l'humeur aqueuse [104, 148], un liquide transparent de faible viscosit qui nourrit la corne. En arrire du cristallin se trouve le corps vitr [116, 148, 149], une substance glatineuses transparente qui maintien la rtine en place contre la paroi oculaire et absorbe une grande quantit des rayons ultraviolets.

1.2. Optique :La corne est la premire surfac