1 - Le système nerveux

I - Généralités sur le cerveau

1. Fonctions

Le cerveau réalise des tâches très diverses et intervient dans des systèmes élaborés comme le langage mais également dans des processus végétatifs.

On peut citer la perception, la motricité, la mémoire, les émotions, les comportements de motivation ou encore les mécanismes liés à l’alimentation.

2. Interactions entre système nerveux, système immunitaire et endocrinien

Il y a interaction puisque certaines parties du cerveau peuvent libérer des hormones capables de modifier son activité. Il en est de même concernant le système immunitaire.

3. Système stimulo-intégrateur / système psycho-intégrateur

Le système stimulo-intégrateur correspond à l’intégration des informations (extérieures et intérieures) par le cerveau, alors que le système psycho-intégrateur conserve les informations pertinentes pour un sujet donné.

Les deux systèmes sont en étroite relation et nous permettent de réagir de façon adaptée au contexte. Le premier explique par exemple le stress ressenti avant un examen alors que le second conduit chacun à y réagir de façon différente.

II - Rappel : les cellules du système nerveux

1. Les cellules nerveuses : les neurones
   1. La structure des neurones

Un neurone se compose de deux éléments que sont la cellule centrale et ses prolongements, la dendrite et l’axone.

La propagation d’un message est dite unidirectionnelle car elle se transmet de la cellule centrale vers le neurone, sous la forme du potentiel d’action. Celui-ci naît au segment initial de l’axone et se propage le long de l’axone jusqu’à parvenir à l’arborisation terminale.

Il existe différentes formes de neurones (par exemple cellule pyramidale-classique ou horizontale), ce qui suggère qu’ils accomplissent des fonctions différentes.

2. Fonctions

Les neurones sont des cellules excitables qui donnent naissance à l’influx nerveux, c'est-à-dire au potentiel d’action.

Le potentiel d’action est une augmentation du potentiel de la membrane. On appelle potentiel l’état électrique du neurone (exprimé en volt), celui variant lorsque le neurone est au repos et lorsqu’il transmet une information.

On appelle potentiel de repos la différence de potentiel entre l’intérieur et l’extérieur de la membrane cellulaire. Ainsi, lorsque celle-ci est au repos, le potentiel de repos est estimé à
-70mV.

Lorsqu’un message électrique parvient à la membrane, les canaux ioniques s’ouvrent et un grand nombre de ions positifs de sodium (Na+) est déchargé, provoquant ainsi la polarisation et la transmission du message électrique :

Les neurones sont également des cellules sécrétrices de neurotransmetteurs. Ceux-ci peuvent appartenir à la famille des monoamines (sérotonine, dopamine, noradrénaline, indolamine, catécholamine), de l’acétylcholine, des acides aminés excitateurs (glycine, glutamine) et inhibiteurs ou encore des neuropeptides.

Ils se diffèrent ainsi des autres cellules sécrétrices (les cellules hormonales par exemple) de l’organisme qui libèrent leurs produits dans le sang, alors que les neurotransmetteurs se propagent uniquement dans les synapses avec lesquels le neurone est connecté.

2. Les cellules gliales

Elles sont très nombreuses et se situent au niveau des vaisseaux sanguins. L’une de leur fonction est de réguler la composition du milieu extra-cellulaire en ‘épongeant’ le surplus de neurotransmetteurs de façon à ce qu’ils ne stimulent pas un autre neurone.

Elles interviennent également en cas de lésion cérébrale en ‘nettoyant’ les débris cellulaires et jouent un rôle dans le maintien de la barrière hémato-encéphalique (entre l’encéphale et le sang) et protège ainsi le cerveau des microbes.

Les cellules gliales renforcent également les jonctions cellulaires et synthétisent la gaine de myéline. Certaines cellules gliales se situent dans le système nerveux central alors que d’autres appartiennent au système nerveux périphérique.

III - Ontogenèse(1) du système nerveux

1. Ontogenèse des vésicules
   1. Au 35ème jour

Le cerveau débute sa formation à compter de la 3ème semaine de développement du fœtus, il se compose de trois replis cellulaires que sont l’endoderme, le mésoderme et l’ectoderme.

Le tissu nerveux est créé à partir de l’ectoderme. Celui-ci se replie pour former un sillon neural dont les bords, en se rejoignant, créent un tube neural à l’origine du cerveau et de la moelle épinière.

Le tube se dilate tout d’abord pour former trois vésicules : la cellule antérieure appelée prosencéphale, la cellule moyenne appelée mésencéphale et enfin, la cellule postérieure appelée rhombencéphale.

(1) Développement d’un organisme de sa conception à sa forme mûre

2. 40ème jour

Le tube se dilate à nouveau et forme alors cinq vésicules. Le prosencéphale se divise en deux et forme le télencéphale qui formera les hémisphères cérébraux, les noyaux gris centraux et le système limbique, ainsi que le diencéphale qui évoluera en l’hypothalamus et le thalamus.

Le mésencéphale ne se divise pas mais créera les noyaux impliqués dans la synthèse des neurotransmetteurs.

Le rhombencéphale se divise en deux. Il forme le métencéphale qui créera le cervelet et le pont, et le myélencéphale qui formera le bulbe rachidien.

2. Les phénomènes cellulaires

Les cellules se multiplient (mitose) et migrent pour rejoindre leur place (migration cellulaire). Les neurones se différencient et ne possèdent donc pas tous les mêmes caractéristiques. Lorsque le cerveau possède trop de neurones, il s’en sépare, c’est ce que l’on nomme la mort cellulaire. Ce surplus permet cependant au cerveau de toujours disposer d’un nombre de neurones suffisant.

3. Phénomènes de développement ultérieurs

Le développement du cerveau se poursuit après la naissance : la myélinisation des fibres nerveuses progresse jusqu’à l’adolescence ainsi que la ramification des prolongements des neurones. Pour cette raison, l’alimentation du nourrisson est capitale. Par exemple, les phospholipides sont essentiels à la fabrication de la gaine de myéline.

L’environnement est également capital et permet notamment la stabilisation épigénétique des neurones (ce qui provient de l’environnement et produit des signaux sensoriels). A la naissance, chaque individu possède des réseaux neuronaux qui seront conservés par le cerveau à la condition qu’ils soient stimulés par des signaux sensoriels.

Il existe donc une période dite critique : le cerveau dispose d’un certain temps pour stabiliser ses synapses : les interactions précoces intervenant durant cette période permettent de régler la connectivité des réseaux nerveux.

Ces expériences démontrent une autre caractéristique des neurones, à savoir leur plasticité : les relations synaptiques peuvent être modifiées. Ce phénomène sous-tend l’apprentissage : pour chaque nouvelle capacité se créent de nouveaux circuits neuronaux. Un enfant apprend donc plus vite car ses circuits disposent d’une plus grande plasticité neuronale.

En revanche, il est important de noter que les neurones ne se renouvellent pas. On estime donc que le cerveau est achevé vers l’âge de 18 ans. Dés l’âge de 20 ans, les neurones commencent à se dégénérer. Entre 20 en 40 ans, le cerveau évolue peu. Après 40 ans, les pertes s’accélèrent, forçant ainsi le cerveau à élaborer des stratégies cognitives.

IV - Organisation du système nerveux

1. Le tissu nerveux

Le tissu nerveux se divise en deux substances : la substance grise constituée des corps cellulaires des neurones et la substance blanche contenant les prolongements des neurones.

La substance grise correspond à la couche superficielle du cerveau : c’est le cortex. Elle est toutefois également présente à l’intérieur du cerveau.

2. Le système nerveux central

Le système nerveux est composé du système nerveux central et du système nerveux périphérique. Le système nerveux central comprend le cerveau, c'est-à-dire l’encéphale et la moelle épinière. Il se situe sur la ligne médiane de l’organisme.

1. Le cerveau

Il se compose du :

• télencéphale : il représente la première vésicule embryonnaire et la première partie du cerveau. Il contient les noyaux gris centraux responsables de la motricité automatique, le néocortex, le système limbique et les hémisphères cérébraux qui interviennent dans la mémoire et les émotions.

• diencéphale : il s’agit de la seconde vésicule, il contient l’hypothalamus. Celui-ci possède un rôle neurohormonal (il libère les hormones), végétatif (il régule l’activité des viscères) et limbique (il est impliqué dans les réponses émotionnelles). Il contient également le thalamus qui relaie les informations sensorielles et régule le niveau d’activité corticale.

• mésencéphale : il intervient dans la synthèse et la libération des monoamines (dopamine et sérotonine)

• métencéphale : il régule la protubérance (le pont) et le cervelet qui intervient dans la motricité et l’équilibre

• myélencéphale : il s’agit du bulbe rachidien, c'est-à-dire de la jonction entre l’encéphale et la moelle épinière. Il contient les centres végétatifs.

2. La moelle épinière

Elle transmet les informations entre le système nerveux périphérique et le cerveau.

3. Le système nerveux périphérique

Il est constitué de différents nerfs afférents qui transmettent l’information de la périphérie vers le cerveau et ont donc un rôle sensitif, et de nerfs efférents qui vont du cerveau vers la périphérie et ont donc un rôle moteur.

1. Les nerfs somatiques ou squelettiques

Ils innervent les muscles de l’organisme, eux-mêmes attachés au squelette.

2. Les nerfs autonomes ou végétatifs

Ils innervent les muscles lisses qui se trouvent au niveau des organes et des viscères. Ils se divisent en deux systèmes : le système sympathique et le système parasympathique.

4. L’encéphale
   1. Le télencéphale

Les hémisphères se divisent en différents lobes : le lobe frontal, occipital, pariétal et temporal. Il s’agit des lobes majeurs. Il existe un cinquième lobe dit mineur appelé lobe de l’insulin. Chaque lobe est présent dans chacune des deux hémisphères, lesquelles sont reliées par une substance blanche appelée corps calleux.

Chaque lobe se divise en circonvolutions (repli de substance grise), délimitées par deux sillons. Le lobe temporal a par exemple, 5 circonvolutions.

Les hémisphères sont spécialisés dans différentes fonctions. L’hémisphère gauche traite notamment le langage au travers des aires de Broca et de Wernicke.

L’aire de Broca intervient dans la motricité nécessaire au langage (un sujet souffrant d’une aphasie de Broca conservera la compréhension du langage mais ne pourra plus parler). L’aire de Wernicke touche la compréhension du langage : un sujet victime d’une aphasie de Wernicke sera en mesure de parler mais produira un langage incohérent. Dans le premier cas, il s’agit d’une aphasie motrice, dans le second, d’une aphasie sensorielle.

L’hémisphère droit intervient dans la perception de l’espace.

2. Nomenclature : les aires de Brodmann

Brodmann a établi une cartographie du cortex selon les fonctions des aires. Chaque cortex est relevé ainsi que chaque fonction, permettant ainsi une véritable localisation cérébrale.

Aires fonctionnelles du cortex cérébral gauche.