Anatomie Du système nerveux Noyaux gris de la base
Noyaux de la base : Anatomie
Répartition de la substance grise et de la substance blanche dans le cervelet et les hémisphères cérébraux (représentation schématique) Substance grise corticale Noyau Substance blanche
Coupe verticale du cerveau
Putamen Globus pallidus Tête Queue Noyau caudé Thalamus
Faisceaux thalamo-corticaux Faisceaux reliant le cortex au tronc cérébral et la moelle
Putamen Noyau caudé tête queue La substance grise du cerveau antérieur est observée sous la forme de cortex et de noyaux. Globus pallidus Thalamus Noyaux hypothalamiques La substance grise du cerveau antérieur est d origine diencéphalique ou télencéphalique.
Noyaux caudés Striatum Putamen Globus pallidus externe Pallidum Globus pallidus interne Noyau sous thalamique (corps de Luys) Thalamus Noyaux lenticulaires Substantia nigra
Projections des noyaux gris de la base, de la substantia nigra et du thalamus (vue latérale gauche)
Localisation des noyaux gris de la base (vue latérale gauche) NC T Q NC T Q Noya caudé Tête Queue
Développement du télencéphale
Localisation des noyaux gris de la base (vue latérale gauche) P P Putamen
Localisation des noyaux gris de la base (vue latérale gauche) GP SN Globus Pallidus
T ST T ST Thalamus noyau sous thalamique (corps de Luys)
Haut Noyau caudé Avant Thalamus Arrière Putamen Vue latérale
Putamen Globus pallidus ext. Globus pallidus int.. Tête Nx caudé Arrière Queue Nx caudé Avant Nx accumbens Vue médiane après résection du Thalamus (noyaux gris gauches)
Coupe horizontale du cerveau
Coupe horizontale Avant Claustrum Putamen Noyau caudé Lobe de l insula Cortex cérébral Thalamus Globus pallidus Arrière capsule externe capsule interne capsule extrême
Faisceaux passant dans la capsule interne gauche (vue latérale) Corona radiata (couronne rayonnante de Reil) Faisceaux thalamo-corticaux Faisceau pariéto-pontin Faisceau Fronto-pontin Faisceau occipito-pontin Radiations optiques de Gratiolet Faisceau cortico-spinal (pyramidal)
Structure mésencéphalique associée Locus niger (ou substancia nigra ou aire mésencéphalique A9), est situé dans les pédoncules cérébraux. Le locus niger est en fait constitué de deux parties différentes sur les plans cytologiques et fonctionnels : - la pars reticulata, en fait équivalent du globus pallidus interne, - la pars compacta, dopaminergique.
SN SN Substantia nigra
Bouton synaptique : l effet du neuromédiateur est limité au récepteur de la membrane post-synaptique. Système diffus modulateur : le neuromédiateur est libéré dans l espace extracellulaire et son effet est disséminé autours des terminaisons, à tous les neurones possédant des récepteurs spécifiques du neuromédiateur. Varicosités
Le même neuromédiateur peut agir de différentes façons : - dans les boutons synaptique, il est libéré dans la fente synaptique et son effet est limité aux récepteurs de la membrane post-synaptique ; - dans les systèmes diffus modulateurs, il est libéré dans l espace extra-cellulaire, entre les cellules gliales, et son effet est disséminé autours des terminaisons, à tous les neurones possédant des récepteurs spécifiques du neuromédiateur. L effet du neuromédiateur est alors semblable à celui d une hormone (ou d une drogue) qui passerait la barrière hémato-encéphalique.
Systèmes diffus du tronc cérébral noradrénergique locus coeruleus Système réticulaire activateur ascendant mono-aminergique sérotoninergique Noyaux du raphé dopaminergique Substancia nigra Aire tegmentale ventrale cholinergique
Noyaux gris de la base interactions avec le cortex Schéma général
Entrées et sorties des noyaux de la base (Schéma général) Cortex glutamate Striatum GPi Thalamus GABA
Le Locus Niger (pars compacta) agit sur le striatum par des fibres dopaminergiques : activation du circuit direct (action sur des récepteurs dopaminergiques D1), inhibition du circuit indirect (action sur des récepteurs dopaminergiques D2). L action du Locus Niger est donc doublement activatrice car elle correspond à l activation d un circuit activateur associée à l inhibition d un circuit inhibiteur.
Entrées et sorties des noyaux de la base (Schéma général) Cortex glutamate Striatum Thalamus D1 D2 GPi dopamine GABA substantia nigra pars compacta
Noyaux gris de la base interactions avec le cortex Circuits direct et indirect
Circuits nerveux De nombreux circuits impliquant noyaux gris, thalamus, cortex cérébral et locus niger, ont été décrits. Parmi ceux-ci, on distingue plus particulièrement : un circuit dit «direct», activateur, un circuit dit «indirect», inhibiteur.
Le circuit dit «direct» suit le trajet suivant : - Cortex sensori-moteur, - Striatum, - Globus pallidus internes - Thalamus (Noyaux V P, VA ou CM), - Cortex. Ce circuit comprenant un nombre pair de neurones inhibiteurs (neurones 2 et 3 sur la figure suivante) est donc activateur.
Circuit direct Aire 4 Cortex sensorimoteur 5 Aire motrice supplémentaire neurones cortico-striés 1 6 4 Putamen Thalamus (VA, VL) 2 3 synapse inhibitrice synapse activatrice faisceau pyramidal
Circuit direct Aire 4 Cortex sensorimoteur 5 Aire motrice supplémentaire neurones cortico-striés 1 6 4 Putamen Thalamus (VA, VL) synapse inhibitrice D1 2 3 substantia nigra pars compacta synapse activatrice faisceau pyramidal
Il existe aussi un circuit dit «indirect» car faisant un détour par le noyau subthalamique : - Cortex cérébral, - Striatum, - Globus pallidus externe, - Noyaux subthalamiques (corps de Luys), - Globus pallidus interne, - Thalamus (noyaux VP et VA), - Cortex cérébral. Ce circuit indirect comprenant un nombre impair de neurones inhibiteurs (neurones 2, 3 et 5 sur la figure) est donc inhibiteur.
Circuit indirect Aire 4 Cortex sensorimoteur 7 Aire motrice supplémentaire neurones cortico-striés 1 8 6 Putamen Thalamus (VA, VL) 2 3 4 5 synapse inhibitrice synapse activatrice faisceau pyramidal
Circuit indirect Aire 4 Cortex sensorimoteur 7 Aire motrice supplémentaire neurones cortico-striés 1 8 6 Putamen Thalamus (VA, VL) D2 2 3 4 5 synapse inhibitrice substantia nigra pars compacta synapse activatrice faisceau pyramidal
1 Cortex limbique Noyau Accumbens 2 4 tegmentum mésencéphalique ( noyau A10) Locus niger pars reticulata 3 3 Thalamus (Nx Ventro-médian) Colliculus droit et gauche synapse inhibitrice synapse activatrice
Noyaux de la base et tronc cérébral
Noyaux gris de la base Programmation Télencéphale Subthalamic Locomotor Region Contrôleur de patron locomoteur Diencéphale Mesencephalic Locomotor Region Initiateur de patron locomoteur Mésencéphale (pédoncules cérébraux) Central Pattern Generators Générateurs de patrons locomoteurs Moelle Motoneurones Muscles squelettiques
1 Cortex moteur et sensoriel + 2 Striatum dorsal Globus Pallidus Striatum Encéphale 3 Pallidum inhibition + inhibition Centres des comportements moteurs désinhibition Diencéphale + mésencéphale Glutamine Neurone excitateur + Générateurs de patrons moteurs GABA Neurone inhibiteur motoneurones Moelle
1 Cortex moteur et sensoriel + 2 N. caudé et Putamen Globus Pallidus int. et ext. Striatum dorsal Encéphale 3 Pallidum dorsal ci ci inhibition ci inhibition désinhibition + Substantia nigra reticulata Mésencéphale Glutamine Neurone excitateur ci = capsule interne = faisceau latéral du télencéphale GABA Neurone inhibiteur
Cortex cérébral Commande volontaire Télencéphale Noyaux gris de la base Programmation Subthalamic Locomotor Region Contrôleur de patron locomoteur Diencéphale Mesencephalic Locomotor Region Initiateur de patron locomoteur Mésencéphale (pédoncules cérébraux) Central Pattern Generators Générateurs de patrons locomoteurs Moelle Motoneurones Muscles squelettiques
Cortex cérébral Commande volontaire Télencéphale Noyaux gris de la base Programmation Hypothalamus Contrôleur de patron locomoteur Diencéphale Mésencephale Initiateur de patron locomoteur Mésencéphale (pédoncules cérébraux) Central Pattern Generators Générateurs de patrons locomoteurs Moelle Motoneurones Muscles squelettiques
Le cortex sensorimoteur n intervient pas seulement dans le déclenchement et le contrôle des activités rythmiques mais aussi dans la programmation et le contrôle de mouvements non-cycliques, les plus variés, nécessitant l intervention d autres voies. Les noyaux gris interviennent aussi dans la réalisation de ces mouvements.
Cortex cérébral Commande volontaire Télencéphale Noyaux gris de la base Programmation Vestibulo-spinal Réticulo-spinal Rubro-spinal Tecto-spinal Subthalamic Locomotor Region Contrôleur de patron locomoteur Mesencephalic Locomotor Region Initiateur de patron locomoteur Diencéphale Mésencéphale (pédoncules cérébraux)? Central Pattern Generators Générateurs de patrons locomoteurs Moelle Motoneurones Muscles squelettiques
Cortex + Striatum Globus Pallidus Encéphale inhibition Diencéphale désinhibition 1 2 Boucle cortico-striato-pallido-thalamo-corticale 3
1 Cortex + 2 Striatum Pallidum 3 Encéphale inhibition inhibition désinhibition + Centres des comportements moteurs Diencéphale + mésencéphale Thalamus + + Générateurs de patrons moteurs Afférences sensitives motoneurones
Physiopathologie
Une anomalie du fonctionnement d un ou plusieurs noyaux de la base se manifeste généralement par l apparition d un des syndromes dits extrapyramidaux suivants : maladie de Parkinson, chorée, athétose, hémiballisme.
Maladie de Parkinson La maladie de Parkinson est une affection dégénérative, rare avant 45 ans, touchant 1,5 % de la population de plus de 65 ans, qui atteint autant les hommes que les femmes. La cause de la maladie de Parkinson est inconnue. De très rares cas sont héréditaires, et dans ce cas ce sont des maladies de Parkinson survenant chez des sujets très jeunes.
Maladie de Parkinson Le début de la maladie est insidieux : réduction de l activité, fatigabilité anormale, douleurs mal localisées, difficultés d écriture, tremblement d une main, raideur fluctuante, etc. Puis, les symptômes caractéristiques apparaissent : hypokinésie (recrutement insuffisant de la force), akinésie et bradykinésie (lenteur) : tremblement de repos, rigidité articulaire, difficultés de réaliser des mouvements balistiques (mouvements rapides et amples).
L akinésie se définie par la rareté, la difficulté d initiation des mouvements. Le démarrage de la marche est difficile, parfois en piétinant sur place, puis avec de petits pas, les pieds "collés" au sol, les bras immobiles ne se balançant plus, le dos courbé en avant, le cou raide. Parfois, le blocage survient après le démarrage, le patient étant alors brutalement arrêté, tout-à-coup incapable d avancer, les pieds collés au sol : c est le phénomène d enrayage cinétique.
L akinésie se manifeste pendant l écriture, qui devient plus difficile et de taille réduite (micrographie). L akinésie est se manifeste par une perte des mouvements automatiques, inconscients : le patient doit commander consciemment la plupart de ses mouvements. Le visage est peu expressif, le regard fixe (amimie). La parole est rare, mal articulée, monotone.
L hypertonie parkisonienne est de type extrapyramidale. C est une rigidité des membres et du rachis se manifestant par une résistance involontaire à la mobilisation qui disparaît et réapparaît par à-coups successifs au cours du mouvement (phénomène de la roue dentée). Cette rigidité tend à fixer les membres dans la position imposée.
La diminution, plus tardive, des réflexes de posture est responsable de troubles d équilibre et de chutes en arrière. D autres troubles sont souvent associés lors de la maladie de Parkinson : crampes ou fourmillements désagréables ; troubles digestifs (constipation) ou urinaires (urgences mictionnelles) ; hypotension orthostatique ; troubles du sommeil (insomnie, somnolence) ; sueurs, des bouffées de chaleur, une salivation excessive.
Les troubles psychiques sont assez fréquents durant la maladie : souvent à type de dépression, d anxiété, parfois d irritabilité ou d idées de persécution. L affaiblissement intellectuel est rare. Mais certains sujets demeurent accrochés à une idée lorsqu ils doivent résoudre un problème et perdent leur «flexibilité mentale».
La maladie de Parkinson atteint plus particulièrement les neurones dopaminergiques situés dans la pars compacta du locus niger. La raréfaction neuronale atteint cependant d'autres noyaux du tronc cérébral non dopaminergiques, comme le locus coeruleus, le noyau dorsal du vague, la formation réticulée mésencéphalique, le noyau basal de Meynert.
Interprétations des symptômes : - dépression du circuit direct activateur? - hyperactivité du circuit indirect inhibiteur? Les signes de la maladie résistant à la L-DOPA [instabilité posturale, troubles cognitifs, dysarthrie, troubles de la déglutition, troubles de la motricité occulaire et symptome de disfonctionnement du système autonome (troubles vésico-sphinctériens et sexuels, parésie gastro-intestinale, hypotension orthostatique )] seraient expliqués par l extension de la raréfaction neuronales aux structures non-dopaminergiques.
Traitement - L Dopa précurseur de la dopamine passant la barrière hémato-encéphalique ; - Neuro-stimulation électrique à haute fréquence (action paralysante) du noyau subthalamique par des électrodes implantées si le traitement pharmacologique est inefficace.
Chorée Mouvement anormal arythmique, de moyenne amplitude, brusque, rapide (plus rapide que le mouvement dystonique et plus lent que la myoclonie), aléatoire, touchant des territoires variés, survenant sur un fond d'hypotonie. La chorée est habituellement augmentée par l'action. La chorée correspond à une lésion du striatum (noyau caudé et putamen) d origine soit génétique (chorée de Huntington) soit auto-immune après une infection streptococcique (chorée de Syndenham ou danse de Saint-Guy),
Athétose L athétose correspond à une lésion du putamen contro-latéral et se manifeste par des mouvements involontaires, lents et reptatoires (comme un serpent qui rampe). Hémiballisme L hemiballisme correspond à une atteinte du noyau subthalamique contro-latéral et se manifeste par des mouvements involontaires très amples de l ensemble d un bras ou une jambe.
Fonctions hypothétiques des noyaux de la base Le rôle des noyaux gris de la base reste encore mal connu. Les noyaux gris de la base par l intermédiaire du Globus pallidus contrôleraient l intensité des contractions. - Rôle dans les activités auto-initiés? en coopération avec l aire motrice supplémentaire, arrêt d un programme moteur et choix d un autre programme...
Les noyaux gris de la base, en particulier le putamen et le noyau caudé semblent nécessaires à la réalisation de séquences motrices automatisée et à l acquisition des habitudes motrices (apprentissage). Ils pourraient intervenir aussi dans le contrôle de la stabilisation posturale.
Les noyaux gris centraux participeraient aussi à la mise en jeu des ajustements posturaux anticipateurs, comme le suggère leur perturbation dans la maladie de Parkinson.
Les noyaux gris de la base n ont probablement pas un rôle uniquement dans le contrôle moteur. Un rôle dans les processus cognitifs est suggéré par les troubles cognitifs observés chez certains parkinsoniens, troubles évoquant un syndrome frontal (connections avec les aires associatives pariétales et préfrontales?).