Résistance aux antidépresseurs : des neurones capables de s’autoréguler

COMMUNIQUÉ | 25 JUIL. 2018 - 10H20 | PAR INSERM (SALLE DE PRESSE)

BIOLOGIE CELLULAIRE, DÉVELOPPEMENT ET ÉVOLUTION | NEUROSCIENCES, SCIENCES COGNITIVES, NEUROLOGIE, PSYCHIATRIE

Pourquoi certains patients déprimés présentent-ils une résistance quasi-totale aux antidépresseurs les plus courants ? C’est sur cette question que se sont penchés des chercheurs de l’Inserm et de Sorbonne Université au sein de l’Institut du Fer à Moulin qui ont pu mettre en évidence le rôle majeur des neurones sécréteurs de sérotonine – la cible médicamenteuse privilégiée dans les dépressions – dans la régulation de leur propre activité. En cause, un récepteur à la sérotonine porté par ces neurones dont la déficience pourrait être déterminante dans l’absence de réponse aux antidépresseurs les plus prescrits. Ces travaux, parus dans la revue Neurospychopharmacology ouvrent la voie à une meilleure compréhension de l’implication de la sérotonine dans les maladies psychiatriques.
La sérotonine est un neurotransmetteur – une substance chimique produite par certains neurones pour en activer d’autres – impliqué dans de nombreuses maladies psychiatriques telles que la dépression, l’addiction, l’impulsivité ou la psychose. Elle est sécrétée par des neurones spécifiques appelés neurones sérotoninergiques.

La libération de sérotonine hors de la cellule neuronale permet d’activer des neurones possédant des récepteurs spécifiques à ce neurotransmetteur. Lorsque ces récepteurs détectent une quantité suffisante de sérotonine dans le milieu extracellulaire, ils envoient un message d’activation ou d’inhibition au neurone qui les exprime. Les neurones sérotoninergiques possèdent également plusieurs types de récepteur à la sérotonine, qu’on appelle alors autorécepteurs et qui leur permettent d’autoréguler leur activité.

Des chercheurs de l’Inserm et de Sorbonne Universités/UPMC au sein de l’Institut du Fer à Moulin (Inserm, UPMC),  se sont intéressés au rôle d’un des autorécepteurs des neurones sérotoninergiques appelé 5-HT2B, dans la régulation de leur activité, afin de mieux comprendre l’absence d’effet de certains traitements antidépresseurs.

En temps normal, lorsqu’un neurone sérotoninergique sécrète de la sérotonine dans le milieu extracellulaire, il va être capable d’en recapturer une partie qu’il pourra de nouveau relarguer a posteriori.  Ce mécanisme assuré par un transporteur spécifique lui permet de réguler la quantité de sérotonine présente dans le milieu extracellulaire. Le transporteur est la cible privilégiée des médicaments antidépresseurs utilisés pour traiter les pathologies psychiatriques impliquant la sérotonine. Ceux-ci sont appelés « inhibiteurs sélectifs de la recapture de la sérotonine » (ISRS) car ils empêchent la recapture par le transporteur. Dans le contexte de la dépression où la sécrétion de la sérotonine est trop réduite, les ISRS permettent donc de conserver une concentration normale de sérotonine dans le milieu extracellulaire.

L’équipe de recherche est partie de l’observation que, chez la souris, lorsque le neurone sérotoninergique ne porte pas d’autorécepteur 5-HT2B, d’une part l’activité des neurones  sérotoninergiques est inférieure à la normale et d’autre part les molécules bloquant l’activité du transporteur comme les antidépresseurs ISRS sont sans effet sur la quantité extracellulaire de sérotonine. Les chercheurs ont ainsi montré que pour avoir un effet, ces molécules nécessitaient la présence et une expression normale du récepteur 5-HT2B à la sérotonine.

Ils ont également découvert que lorsqu’un neurone sécrète de la sérotonine, son autorécepteur 5-HT2B détecte la quantité présente dans le milieu extracellulaire et envoie un signal au neurone pour qu’il sécrète d’avantage de sérotonine. Pour éviter une sécrétion excessive de sérotonine, le neurone sérotoninergique possède un régulateur négatif : l’autorécepteur 5-HT1A qui détecte également la quantité de sérotonine extracellulaire et va envoyer un signal d’inhibition de la sécrétion au neurone sérotoninergique. Afin de conserver une activité neuronale normal, 5-HT2B permet de maintenir ainsi un certain niveau d’activité, en agissant comme un autorégulateur positif.

Ces résultats, à confirmer chez l’humain, mettent en évidence un mécanisme d’autorégulation fine des neurones sérotoninergiques avec une balance entre des autorécepteurs activateurs et des autorécepteurs inhibiteurs. Ils constituent une avancée dans l’identification de nouvelles cibles médicamenteuses,  dans la compréhension de l’implication de la sérotonine dans certaines pathologies psychiatriques et dans l’appréhension de l’inefficacité de certains traitements antidépresseurs.

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Des neurones en ébullition pendant le sommeil

COMMUNIQUÉ | 27 JUIN 2019 - 11H11 | PAR INSERM (SALLE DE PRESSE)

NEUROSCIENCES, SCIENCES COGNITIVES, NEUROLOGIE, PSYCHIATRIE

Une équipe Inserm décrit pour la première fois le comportement et le langage des neurones qui assurent la consolidation de la mémoire pendant le sommeil. Bien loin de l’organisation statique et linéaire supposée, les chercheurs de l’Inserm montrent que le rôle des neurones varie rapidement au cours du temps et que le trajet de l’information change en permanence. Ces travaux sont parus dans Science Advances.

Les cellules du cerveau échangent constamment des informations. Pendant le sommeil, cela sert notamment à consolider la mémoire. Mais la façon dont ces échanges se font reste encore mal connue. L’électroencéphalogramme, qui permet de mesurer l’activité électrique globale du cerveau, montre des ondes régulières plus ou moins rapides selon les phases de sommeil, mais il ne permet pas de savoir comment est traitée l’information à l’échelle du neurone. Voilà qui est fait grâce à l’équipe de Christophe Bernard (Institut de Neuroscience des Systèmes – Inserm U1106). Pour y parvenir, l’équipe a utilisé des électrodes afin d’enregistrer l’activité électrique d’une centaine de neurones concentrés dans une région donnée. Ce sont ces signaux électriques qui portent l’information. Trois zones connues pour être impliquées dans la mémoire ont été enregistrées chez des rats pendant leur sommeil : l’hippocampe, le cortex préfrontal et le cortex entorhinal.

« D’après la régularité des ondes dans l’encéphalogramme, nous imaginions que les neurones fonctionnaient selon un schéma bien précis et répétitif pour transmettre les informations ou les stocker (un peu à la manière d’une machine industrielle bien réglée). Or les enregistrements montrent qu’il n’en est rien », clarifie Christophe Bernard.
Des groupes de neurones s’organisent entre eux pendant des temps très courts pour stocker et transmettre de l’information, et se relaient en permanence au cours du temps. Et au sein de chaque groupe, seuls quelques neurones jouent un rôle prépondérant. « Il y a ainsi une succession de sous-états avec au final, environ la moitié des neurones de ces trois régions qui jouent un rôle clé dans le traitement de l’information à un moment ou à un autre. Autrement dit, il n’y a pas de hiérarchie établie au sein des neurones, mais plutôt une répartition équilibrée des rôles », explique Christophe Bernard.

Une circulation fluide
L’autre découverte majeure est que, pendant un sous-état donné, l’information ne suit pas toujours le même chemin. « Ce fut une surprise car la théorie dominante était que le transfert de l’information suivait un trajet fixe. Or, nous constatons que ce n’est pas le cas. Dans le cerveau, les partenaires avec lesquels un neurone échange fluctuent d’un instant à l’autre. Cela se passe un peu comme sur internet, illustre le chercheur.
Un mail qui part de Paris vers Sydney, passera par des serveurs situés dans différents pays au cours de son acheminement et ces serveurs varieront au cours de la journée en fonction du trafic. Dans le cerveau c’est pareil : même quand l’information est la même, les itinéraires qu’elle emprunte ne sont pas fixes et les partenaires changent sans arrêt ».

Enfin, ces travaux ont permis de décoder le type de langage que les neurones parlent. Si un sous-état correspond à un « mot », la séquence de sous-états constitue une phrase. Même si la signification des mots et des phrases échappe encore aux chercheurs, ces derniers ont pu établir que le langage parlé par les neurones est complexe, ce qui permet d’optimiser le traitement de l’information. Un langage simple contient très peu de mots ; il est facile à apprendre mais il est difficile de convoyer des notions complexes. Un langage chaotique contient un mot pour chaque situation possible, et est impossible à apprendre. Le langage des neurones est complexe, comme pour les langues humaines. A noter que cette complexité est supérieure lors du sommeil paradoxal (celui des rêves) que pendant le sommeil lent.

Les chercheurs vont maintenant regarder ce qu’il en est en cas d’éveil, de réalisation de taches particulières ou encore en cas de pathologies. Ils vont notamment étudier le lien possible entre les pertes mnésiques chez les sujets épileptiques et la complexité du langage neuronal.

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traitement des eaux

Cet article fait partie du dossier consacré à l'eau.
Ensemble des techniques permettant d'éliminer les contaminants d'une eau d'origine urbaine ou industrielle.

EAUX ET ASSAINISSEMENT
INTRODUCTION
Contrairement aux autres matières premières, l'eau n'est pas une ressource limitée sur notre planète : son flux est constamment renouvelé. L'immense réservoir des mers et océans recouvre environ 72 % de la surface du globe. S'évaporant dans l'atmosphère, l'eau se condense et retombe avec les précipitations, qui alimentent les sources, les rivières, les lacs et enfin les mers. La majeure partie s'évapore de nouveau ; le restant ruisselle et s'infiltre dans le sol, où il peut former des nappes phréatiques. Tel est le cycle de l'eau.

La gestion des ressources en eau se heurte aux inégalités de sa répartition naturelle. Elle n'est pas toujours disponible là où on en a besoin, ni quand on en a besoin. Sécheresses et crues déséquilibrent l'approvisionnement, de façon généralement imprévisible. En outre, elle n'a que rarement la qualité nécessaire à ses diverses utilisations : agriculture, industrie, consommation humaine. Elle est généralement souillée par des sels minéraux, des substances organiques et des micro-organismes. Beaucoup de ces éléments sont inoffensifs pour l'organisme humain, parfois même bénéfiques à faible concentration ; mais, en règle générale, l'eau doit subir un traitement préalable, d'autant plus que de nombreux cours d'eau sont pollués. Les stations d'épuration sont donc nécessaires à tout réseau d'approvisionnement.
Bien qu'abondante à la surface de la Terre, l'eau est une richesse rare, non seulement dans les régions arides, mais aussi dans les pays de la zone tempérée. Selon les estimations, chaque individu consomme, directement ou pour ses besoins domestiques (nourriture, cuisine, bain, lavages, entretien, etc.), de 60 à 100 litres d'eau par jour. L'eau est indispensable à l'agriculture, la surface totale des terres irriguées étant estimée à 230 millions d'hectares. Les installations industrielles consomment, elles aussi, de grandes quantités d'eau. L'accroissement démographique, les grandes concentrations urbaines et l'essor industriel ont suscité des besoins grandissants en eau qui se traduisent par la construction d'ouvrages d'adduction et de stations d'épuration et de traitement, et par la recherche de nouvelles ressources, comme le dessalement de l'eau de mer.

LES PRINCIPALES RESSOURCES
La plus grande partie des eaux terrestres est salée. Les océans et les mers totalisent, en effet, environ 1,3 milliard de km3, alors que les eaux douces ne comptent que pour quelque 40 millions de km3. Toutefois, la majorité de ces dernières est emprisonnée dans les calottes polaires et les glaciers et demeure donc inaccessible à l'homme. Reste essentiellement disponible l'eau des précipitations qui s'écoulent à la surface du sol ou s'y infiltrent et s'y accumulent, constituant les deux ressources principales : eaux superficielles (rivières, lacs, étangs) et eaux souterraines (nappes phréatiques). L'eau de mer est devenue une nouvelle ressource grâce à la mise au point de techniques de dessalement de plus en plus élaborées. Enfin, les eaux de pluie peuvent devenir des ressources d'appoint non négligeables.
Une simple canalisation suffit pour capter les eaux de surface. Mais celles-ci ont l'inconvénient d'avoir un débit irrégulier et d'être sensibles à la pollution. L'industrie humaine y remédie par la construction de barrages et de citernes qui accumulent des réserves pendant les périodes de crues. Les débits sont ainsi régularisés et la continuité de l'approvisionnement est assurée pendant les sécheresses. Quant à la pollution, provoquée par les rejets domestiques et industriels, les effluents toxiques des engrais chimiques et des insecticides, elle nécessite de coûteuses installations de traitement préalable.
Les nappes phréatiques rassemblent des eaux qui se sont infiltrées dans des zones de terrains perméables jusqu'à ce qu'elles aient été arrêtées par une couche imperméable. Elles ont donc été filtrées. Ainsi, la qualité de ces eaux est déterminée par la nature du terrain où elles se trouvent. Une nappe aquifère, emprisonnée entre deux couches imperméables, est une nappe captive, généralement soumise à une forte pression. Un forage suffit pour créer un puits artésien. Afin de ne pas épuiser certaines nappes souterraines, celles-ci sont alimentées artificiellement par l'injection d'eaux usées régénérées ou d'eaux de pluie recueillies dans des bassins.

LE TRANSPORT DE L'EAU
Entre le site de son captage et le lieu de son utilisation, l'eau doit être acheminée par des ouvrages hydrauliques, aqueducs, canaux et canalisations parfois géantes. Les grandes agglomérations humaines aussi bien que les zones agricoles ont soif d'eau, non seulement dans les régions déshéritées, mais partout où des sécheresses sont à craindre ; les barrages, qu'ils soient de grands ouvrages d'art ou de simples retenues collinaires, renforcent le débit en saison sèche, garantissant un approvisionnement constant dans le temps.
En plaine, le réseau d'acheminement est constitué de canaux ou aqueducs à écoulement libre ; en terrain à fortes dénivellations, l'eau circule sous pression dans des conduits en charge. Mais les ouvrages sont généralement mixtes : canaux dans les zones à relief uniforme, conduits avec stations de relevage ailleurs. Les grands réseaux interconnectés acheminent l'eau des points de puisage aux lieux d'utilisation. La régulation entre régions se fait par transfert entre bassins ou même entre pays. À l'arrivée, des réservoirs tampons assurent les fonctions de distribution et de régulation des différents débits sur tout le territoire de consommation. En ville, d'autres réservoirs et un réseau de distribution ramifié de diamètre décroissant assurent l'alimentation de chaque habitation. La demande étant sujette à fluctuations, l'adduction est fractionnée en biefs séparés par des chambres qui assurent la régularisation des débits.
L'agriculture fait largement appel à l'irrigation. Sur plus de 80 % des terres cultivées, l'eau est distribuée par un réseau de canaux secondaires où elle ruisselle naturellement le long des pentes du terrain. Une autre méthode est l'aspersion par rampes, avec matériel souvent automatisé. Dans beaucoup de régions arides est utilisée la méthode d'irrigation au goutte à goutte. L'eau est acheminée avec un débit très faible vers un ensemble de microdiffuseurs disposés sur le sol, qui maintiennent autour de chaque plante une plage d'humidité permanente, tout en réalisant une importante économie d'eau.

LA QUALITÉ DE L'EAU
Chaque usage de l'eau – industriel, agricole ou domestique – impose une qualité particulière, définie par des paramètres physiques, chimiques et bactériologiques, c'est-à-dire la teneur en sels minéraux, gaz dissous et micro-organismes.
La turbidité d'une eau caractérise sa teneur en matières en suspension ; le degré hydrotimétrique, sa dureté. Une eau est dure lorsqu'elle est trop riche en sels de calcium et de magnésium. Elle rend le lavage difficile, cuit mal les légumes et laisse des dépôts de tartre. Une eau saumâtre contient de 1 à 10 g de sulfates et de chlorures par litre (pour mémoire, l'eau de mer en contient en moyenne 35 g/l). Parmi les gaz dissous dans l'eau, le gaz carbonique lui confère, suivant sa concentration, un caractère agressif ou acide. Trop agressive, l'eau peut devenir corrosive et attaquer les canalisations métalliques.
La présence d'hydrogène sulfuré – qui est normale dans certaines sources thermales – peut être responsable de la corrosion des ouvrages en béton.

L'EAU POTABLE
Par ruissellement ou percolation, l'eau se charge de matériaux dissous ou en suspension qui diffèrent eux-mêmes selon les sols traversés. Plus les eaux souterraines sont profondes, plus elles sont pures ; elles sont généralement exemptes de germes, mais leur concentration en éléments minéraux peut être élevée et imposer un traitement. Les eaux de surface sont, en revanche, presque toujours contaminées ; elles contiennent des bactéries, des germes pathogènes ou des virus ; elles peuvent être polluées par des composés toxiques provenant de rejets industriels ou domestiques.
Par définition, l'eau potable doit être dépourvue de tout élément minéral ou organique nuisible à la santé ; elle doit répondre à certaines normes fixées par des textes législatifs et à certains critères qualitatifs : être incolore, fraîche, sans odeur ni goût (ou avoir éventuellement une légère saveur due à des sels minéraux). L'eau potable ne doit contenir ni micro-organismes pathogènes ni substances toxiques (cuivre, plomb, fluorures, cyanure, arsenic, composés phénoliques, etc.). Sa concentration en certaines substances chimiques (sels minéraux, ammoniaque, nitrites, nitrates, chlorures, matières organiques) doit être limitée.
Pour en savoir plus, voir l'article eau minérale.

LE TRAITEMENT DES EAUX

Qu'elles soient résiduaires, superficielles ou souterraines, il est indispensable de traiter les eaux afin de les rendre propres à tel ou tel usage. Lorsque la prise est effectuée dans une rivière ou un lac, un prétraitement débarrasse l'eau des matières grossières par passage à travers des grilles. Celui-ci est parfois complété par un tamisage pour éliminer des particules en suspension et clarifier l'eau. Elle est ensuite décantée dans des canaux où elle s'écoule à une vitesse contrôlée. Ces opérations sont complétées par une aération, afin de l'oxygéner.

Après cette première phase, l'eau contient encore des corps colloïdaux et des substances dissoutes qui n'ont pas encore été éliminés. Elle subit alors un traitement chimique avec des coagulants et des floculants (sulfate d'aluminium ou silice activée). Ils forment avec ces substances des flocons et des agglomérats qui sont ensuite éliminés. En complément, des lits de percolation (couches de matériaux granuleux) adsorbent des sels minéraux comme ceux du fer et du manganèse. Les matières organiques et les virus sont détruits par stérilisation par le chlore. Parfois, il est nécessaire de recourir à l'ozone, au pouvoir oxydant très fort, pour une stérilisation plus efficace. Quant au charbon actif, connu pour sa capacité d'adsorption, il a la propriété de supprimer les goûts et les odeurs.

L'épuration biologique met à profit l'action de micro-organismes qui éliminent des produits toxiques (soufre, arsenic, phénols). Le lagunage fait agir l'auto-épuration, naturellement à l'œuvre dans les lacs : dans des bassins peu profonds, à l'air libre, l'eau est épurée par l'action des micro-organismes. Le procédé des boues activées consiste à faire séjourner l'eau dans des cuves ensemencées de bactéries. Il en résulte la formation de « boues », composées d'agglomérats de matières organiques, minérales et de micro-organismes. Enfin, l'eau peut aussi être percolée par passage à travers un lit bactérien de couches de supports granuleux sur lesquels se développent les micro-organismes qui adsorbent et métabolisent les substances polluantes.


LE DESSALEMENT DE L'EAU DE MER
La demande croissante en eau, notamment pour les besoins de l'irrigation, dans certaines régions déshéritées, a poussé au développement de procédés pour le dessalement de l'eau de mer et des océans, ainsi que de l'eau saumâtre des nappes et des lagunes. Il existe différentes méthodes. Elles sont toutes onéreuses.
DESSALEMENT DE L’EAU DE MER PAR DISTILLATION
La distillation, la plus ancienne et la mieux connue de ces méthodes, consomme de grandes quantités d'énergie pour réchauffer l'eau. Elle consiste à faire passer l'eau salée par plusieurs étages d'évaporation et de condensation.
DESSALEMENT DE L’EAU DE MER PAR ÉLECTRODIALYSE
Dans le procédé d'électrodialyse, l'eau salée est placée dans une cuve à électrolyse. Le courant électrique dissocie les molécules de sel (NaCl) en cations Na+ et anions Cl− qui sont respectivement attirés par les deux électrodes opposées. La cuve est en outre compartimentée par deux membranes semi-perméables, l'une aux cations, l'autre aux anions. L'eau douce est récoltée entre ces deux membranes sélectives qui jouent le rôle de « clapets à ions ».
DESSALEMENT DE L’EAU DE MER PAR OSMOSE INVERSE
Le principe de l'osmose inverse consiste à comprimer l'eau à travers une membrane perméable aux seules molécules d'eau à l'exclusion des sels, à une pression supérieure à sa pression osmotique. Ce procédé reste toutefois délicat à appliquer à cause de la fragilité de ces membranes.
DESSALEMENT DE L’EAU DE MER PAR CONGÉLATION
Parmi les autres procédés, il convient de citer la congélation, qui utilise la propriété de l'eau pure de former des cristaux de glace avant l'eau salée.

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système nerveux

Consulter aussi dans le dictionnaire : nerveux
Cet article fait partie du dossier consacré au système nerveux.
Ensemble des nerfs, ganglions et centres nerveux qui assurent la commande et la coordination des fonctions vitales, de l'appareil locomoteur, la réception des messages sensoriels et les fonctions psychiques et intellectuelles (P.N.A. systema nervosum).
NEUROLOGIE

L’ensemble des informations issues du monde extérieur comme du milieu intérieur sont analysées en permanence par le système nerveux pour donner naissance à la perception, à la mémoire, et, quand c’est nécessaire, induire des comportements moteurs (→ motricité) et des pensées. Ces différentes fonctions du système nerveux résultent de l'activité des cellules qui le composent. Il s'agit bien sûr en premier lieu des interactions entre les neurones, mais également des relations entre les neurones et les cellules gliales.
Le système nerveux comprend deux grandes parties : le système nerveux central et le système nerveux périphérique. Il existe une continuité fonctionnelle entre ces deux compartiments.

Le système nerveux central est formé de substance grise et de substance blanche, le tout étant compris dans un tissu de soutien, la névroglie. Ses grandes unités morphologiques et fonctionnelles sont l’encéphale (protégé par la boîte crânienne) et la moelle épinière (incluse dans la colonne vertébrale). Le système nerveux périphérique, qui rassemble les nerfs, est constitué de substance blanche.

1. LE SYSTÈME NERVEUX CENTRAL
Encore appelé névraxe, le système nerveux central (S.N.C.) est formé de milliards de neurones (cellules nerveuses) connectés entre eux et d'un tissu de soutien interstitiel (névroglie). Il comprend l'encéphale (cerveau, cervelet, tronc cérébral), protégé par le crâne, et la moelle épinière, long cordon blanchâtre d'environ 40 à 45 centimètres de long enveloppé dans une gaine méningée et logé dans la colonne vertébrale.
1.1. LA MOELLE ÉPINIÈRE

La moelle épinière est incluse dans la colonne vertébrale (ou rachis), qui la protège, mais elle n’occupe pas sa longueur totale : elle s'étend de la base du crâne à la première vertèbre lombaire. Il existe une nette segmentation, facilement observable grâce aux 31 paires de nerfs spinaux (ou nerfs rachidiens). À chaque étage de la moelle épinière, la jonction de la racine dorsale et de la racine ventrale forme le tronc nerveux périphérique. Les informations sensitives atteignent la moelle par la racine dorsale. La racine ventrale, formée par les axones des motoneurones, des neurones sympathiques préganglionnaires et des neurones parasympathiques, oriente, à l'inverse, la commande motrice vers les muscles et les viscères.

L'intérieur de la moelle épinière est constitué de deux parties : l'une, périphérique et blanche ; l'autre, centrale et grise. La première contient les cordons nerveux postérieurs – qui remontent vers les centres supérieurs et transmettent les informations sensitives – et antérieurs, qui descendent depuis le cerveau en étant porteurs d'afférences motrices. La seconde partie, appelée substance grise, se présente sous la forme d'un papillon, où les informations sensitives arrivent par les cornes dorsales, tandis que la commande motrice se projette vers ses organes cibles à partir des cornes antérieures.

1.2. L’ENCÉPHALE

Encéphale
L’encéphale est la partie du système nerveux central incluse dans la boîte crânienne (ou crâne). Dans le langage courant, cerveau et encéphale sont deux termes équivalents, mais au sens strict, le cerveau ne correspond qu’à une partie de l’encéphale : les hémisphères cérébraux (à l’exclusion du tronc cérébral et du cervelet). [→ cerveau.]

1.2.1. LE TRONC CÉRÉBRAL

Situé au-dessus de la moelle épinière, le tronc cérébral est composé de bas en haut par le bulbe rachidien, puis le pont de Varole, ou protubérance annulaire, auquel est appendu en arrière le cervelet, et, enfin, par les pédoncules cérébraux. À la place des nerfs rachidiens, on trouve les nerfs crâniens, voies d'entrée des informations sensitives de la face et du cou, ainsi que des informations sensorielles (vue, audition, équilibre, goût), mais aussi voies de sortie des commandes motrices correspondantes (mouvement des yeux, de la tête et du cou, de la langue, commande de l'axe pharyngo-laryngé).
Le tronc cérébral est également un lieu de relais pour les voies nerveuses longues, issues ou destinées aux étages sous-jacents. Il sert aussi de centre intégrateur pour différentes fonctions vitales et inconscientes : il comprend, par exemple, un système neuronal diffus, appelé formation réticulée, jouant un rôle majeur dans les phénomènes de sommeil et d'éveil. Le bulbe abrite les centres de contrôle de la pression artérielle et de la respiration.

1.2.2. LE CERVELET

Cerveau
Le cervelet se présente comme un petit cerveau, avec des hémisphères et un axe médian, le vermis. Il reçoit toutes sortes d'informations motrices et positionnelles issues des centres cérébraux, de la moelle épinière et des organes de l'équilibre. Il joue un rôle majeur dans le contrôle du tonus musculaire, de la posture, de l’équilibre, du déroulement harmonieux du mouvement. L'ivresse alcoolique et les symptômes qu'elle induit correspondent à un dysfonctionnement cérébelleux.

1.2.3. LE CORTEX CÉRÉBRAL

Régions du cortex cérébral
Le cortex cérébral est la partie la plus développée du système nerveux central des mammifères, et plus particulièrement de l'homme. Il existe à ce niveau des régions directement impliquées dans la réception de l'information ou dans l'élaboration de la commande motrice. On parle alors de cortex primaire : moteur au niveau du lobe frontal, sensitif pour le lobe pariétal, visuel pour l'occipital, auditif pour le temporal. Mais la majeure partie du cortex est dévolue à des tâches associatives (cognitives), qui mettent en relation plusieurs aires corticales et qui permettent, au-delà de la sensation, la perception, puis la comparaison avec des traces mnésiques (relatives à la mémoire), l'émotion, puis finalement l'élaboration de comportements complexes impliquant des processus d'idéation (formation des idées).

1.2.4. LE SYSTÈME LIMBIQUE

Sous-jacents au cortex, plus internes mais fonctionnellement liés, on trouve les ganglions de la base, ou noyaux gris centraux, et le système limbique. Les ganglions de la base (noyau caudé, putamen, globus pallidus, noyau sous-thalamique) sont principalement impliqués dans le contrôle moteur ; leur atteinte provoque selon les cas l'absence de mouvement, comme l'akinésie-rigidité de certains syndromes parkinsoniens, ou des mouvements anormaux involontaires, du tremblement à la chorée.
Le système limbique, aboutissement de multiples voies issues de différentes régions cérébrales, est principalement représenté par l'hippocampe, l'amygdale et le septum. Il est en relation directe avec l'hypothalamus et se trouve ainsi au carrefour des souvenirs, des émotions et du contrôle des systèmes végétatif (rythme cardiaque, respiratoire, ouverture des pupilles) et hormonal.

1.2.5. LE DIENCÉPHALE : LE THALAMUS ET L’HYPOTHALAMUS

Dans le cerveau, on distingue une région centrale, le diencéphale, organisée autour du thalamus et de l'hypothalamus.
Le thalamus est un relais obligé de toutes les afférences sensorielles et sensitives et de toutes les commandes motrices allant vers le cortex cérébral ou venant de celui-ci.
L'hypothalamus, plus ventral, est le centre organisateur de toutes les fonctions autonomes (les fonctions vitales de l’organisme, indépendantes de la volonté, comme la digestion et la respiration) et l'interface entre le système nerveux et le système endocrinien (contrôle des sécrétions hormonales). Il reçoit de multiples informations issues du thalamus, du cortex cérébral et du bulbe, et bien sûr du système nerveux autonome.

1.2.6. L’HYPOPHYSE
Structure et localisation

L'hypophyse (nommée autrefois pituite ou glande pituitaire) est une glande dont les faibles dimensions (celles d'un gros pois) sont sans rapport avec son importance physiologique. Cette petite structure de forme arrondie (diamètre d'environ 1,3 cm chez l'homme) est située à la base du cerveau, un peu à la manière d'un fruit appendu à sa branche ; en effet, une véritable tige en forme d'entonnoir (tige pituitaire, ou infundibulum tubérien) la rattache à la masse cérébrale sus-jacente (hypothalamus), établissant les rapports vasculaires et neurosécrétoires indispensables à leur coopération étroite (complexe hypothalamo-hypophysaire).

Hormones libérées par l’hypophyse

L’hypophyse émet un nombre élevé d’hormones. Les hormones sécrétées par l'hypophyse antérieure (ou antéhypophyse sont) : la corticotrophine (ou corticostimuline, ACTH), qui stimule le cortex des glandes surrénales ; l'hormone mélanotrope ou MSH (de l'anglais melano-stimulating hormone), qui agit sur la pigmentation de la peau ; l'hormone somatotrope (STH), ou hormone de croissance (GH), qui règle la croissance corporelle ; la thyréostimuline (ou hormone thyréotrope, TSH), qui régit la glande thyroïde ; la prolactine (PRL), qui entretient la lactation ; les hormones gonadotropes : hormone folliculostimuline (FSH), qui stimule la production des ovules et des spermatozoïdes dans les ovaires et les testicules, et hormone lutéotrope (LH), qui stimule les autres activités sexuelles et reproductrices.
Les hormones relâchées par l’hypophyse postérieure (ou posthypophyse) sont : l'ocytocine (OT), qui stimule la contraction des cellules des muscles lisses dans l'utérus de la femme enceinte durant le travail, et des cellules contractiles des glandes mammaires pour permettre l'éjection du lait pendant l'allaitement ; et l'hormone antidiurétique (ou vasopressine, ADH), qui a un effet sur le volume urinaire (diurèse), et qui élève la pression artérielle en comprimant les artérioles durant une hémorragie grave. Une fois produites dans l'hypothalamus, ces deux hormones sont transportées par les fibres nerveuses jusque dans l'hypohyse postérieure, et emmaganisées dans les terminaisons axonales.

Le complexe hypothalamo-hypophysaire
L'hypophyse est considérée comme le « chef d'orchestre » de la commande endocrinienne. Elle est soumise au contrôle neurochimique des sécrétions du système nerveux (→ rétrocontrôle hormonal), avec lequel elle entretient des rapports si étroits qu'il est légitime de voir en l'hypophyse et l'hypothalamus (auquel elle est anatomiquement liée) un seul organe fonctionnel : le complexe hypothalamo-hypophysaire.

2. LE SYSTÈME NERVEUX PÉRIPHÉRIQUE

Prolongement du système nerveux central, le système nerveux périphérique comprend l'ensemble des nerfs et de leurs renflements (ganglions nerveux). Les nerfs, rattachés par une extrémité au système nerveux central, se ramifient à l'autre extrémité en une multitude de fines branches innervant l'ensemble du corps. Il existe des nerfs crâniens et des nerfs rachidiens. Ces derniers, au nombre de 31 paires, se divisent en une branche postérieure et une branche antérieure. Les branches antérieures peuvent rester indépendantes (nerfs intercostaux) ou s'anastomoser en plexus (brachial, lombaire, sacré).

3. PRINCIPES FONCTIONNELS DU SYSTÈME NERVEUX

Neurones et transmission synaptique des influx nerveux
Selon leur organisation et leur fonctionnement, on distingue le système nerveux somatique, qui met l'organisme en communication avec l'extérieur, et le système nerveux végétatif, ou autonome, qui régule les fonctions viscérales.

       
Le fonctionnement du système nerveux fait intervenir une chaîne de neurones, qui s'articulent entre eux par des synapses. Le neurone assure la conduction de l'influx nerveux et la synapse assure la transmission de cet influx soit d'un neurone à l'autre, soit d'un neurone à l'organe-cible, par exemple le muscle dans le cas d'une synapse neuromusculaire.
→ plaque motrice.
Cette transmission est réalisée par l'intermédiaire d'une substance chimique appelée neurotransmetteur (acétylcholine, adrénaline, noradrénaline). L'acétylcholine est le neurotransmetteur du système nerveux volontaire et du système parasympathique, qui commande la contraction des fibres musculaires lisses et les sécrétions glandulaires. L'adrénaline et la noradrénaline sont les neurotransmetteurs du système sympathique, qui, entre autres fonctions, assure la contraction de la paroi des artères et intervient dans la sécrétion de la sueur.

3.1. SYSTÈME NERVEUX SOMATIQUE

Le système nerveux somatique commande les mouvements et la position du corps et permet de percevoir par la peau diverses sensations (toucher, chaleur, douleur) et de découvrir par les autres organes des sens le milieu environnant (vision, audition, olfaction). Il est constitué de neurones sensitifs et de neurones moteurs.
Les neurones moteurs comprennent, d'une part, le système pyramidal, faisceau de fibres nerveuses formé par les cellules pyramidales du cortex moteur (circonvolution frontale ascendante, lobe frontal) et responsable de la motricité volontaire ; d'autre part le système extrapyramidal, une des structures responsables du maintien des attitudes, de la motricité involontaire et des mouvements associés. L'ordre, pour le système pyramidal, va du cortex moteur à la plaque motrice des fibres musculaires, dont il déclenche les contractions.
Les neurones sensitifs comprennent les faisceaux véhiculant les sensations tactile, thermique et douloureuse, à partir des récepteurs cutanés, par la moelle épinière et jusqu'au cortex sensitif, circonvolution pariétale située en arrière de la scissure de Rolando. Les sensations venant des autres organes des sens (audition, olfaction, goût, vue) gagnent, chacune par un nerf spécifique, un territoire particulier du cortex.

3.2. SYSTÈME NERVEUX VÉGÉTATIF

Systèmes nerveux
Encore appelé système nerveux autonome, il est complémentaire du système nerveux somatique et régule notamment la respiration, la digestion, les excrétions, la circulation (battements cardiaques, pression artérielle). Ses cellules dépendent de centres régulateurs situés dans la moelle épinière, le tronc cérébral et le cerveau, lesquels reçoivent les informations par les voies sensorielles provenant de chaque organe.
Le système nerveux végétatif est divisé en système nerveux parasympathique et système nerveux sympathique, dont les activités s'équilibrent de façon à coordonner le fonctionnement de tous les viscères.
Le système nerveux parasympathique est en règle générale responsable de la mise au repos de l'organisme. Il agit par l'intermédiaire d'un neurotransmetteur, l'acétylcholine, et ralentit le rythme cardiaque, stimule le système digestif et limite les contractions des sphincters.
Le système nerveux sympathique, ou système nerveux orthosympathique, met l'organisme en état d'alerte et le prépare à l'activité. Il agit par l'intermédiaire de deux neurotransmetteurs, l'adrénaline et la noradrénaline. Il augmente l'activité cardiaque et respiratoire, dilate les bronches et les pupilles, contracte les artères, fait sécréter la sueur. En revanche, il freine la fonction digestive.

3.3. LA COORDINATION DES MOUVEMENTS
Prenons l'exemple d'un coup de pied dans un ballon à l'occasion d'une partie de football. Il faut d'abord ajuster la cible : le système visuel identifie le ballon, détermine sa position et la direction du mouvement, anticipe le lieu du futur impact avec le pied.
Toutes les informations proprioceptives issues des muscles et des articulations servent à déterminer la position du corps et des membres, et le mouvement à effectuer pour atteindre le ballon. Lors de l'acte moteur, le mouvement est programmé, tandis que la posture du corps est ajustée afin que le pied se porte rapidement en avant sans entraîner la chute du corps. Tout cela s'accomplit parce que le joueur est motivé pour frapper le ballon. Enfin, au cours de la partie, l'hypothalamus va sans cesse ajuster les niveaux d'insuline et de glucagon pour fournir aux muscles et au cerveau les sources énergétiques nécessaires.
3.4. LA TRANSMISSION DE L'INFORMATION

L'information circule de neurone en neurone en transitant par des relais, groupes de corps cellulaires neuronaux agrégés en noyaux. Mais les connexions ne se font pas de façon linéaire : à chaque synapse, et plus précisément à chaque noyau de relais, l'information est modifiée par la convergence vers la même synapse, ou vers le même noyau, de multiples afférences. Dans un noyau, on trouve typiquement au moins deux sortes de neurones : les neurones de sortie, qui reçoivent l'information convergeant vers le noyau et envoient leurs axones vers les centres supérieurs ; les interneurones, qui modulent l'information de sortie en fonction de boucles de rétrocontrôle positif ou inhibiteur et dirigent leurs prolongements vers leur propre noyau. Toute information atteignant le cortex cérébral a déjà été filtrée et intégrée à plusieurs niveaux, en particulier lors de la dernière étape dans le thalamus.

3.4.1. CIRCUITS NEURONAUX SIMPLES ET RAPIDITÉ D'ACTION
Le traitement de l’information peut se faire selon un circuit très simple et très court : on parle alors de réflexe. Ainsi, lorsque l'on frappe avec un marteau sous la rotule, il n'existe qu'une connexion entre le neurone qui apporte l'information vers la moelle épinière et celui qui commande la contraction de la cuisse. Il suffit de quatre connexions pour aller du stimulus « lumière » à la réaction « contraction de la pupille ».

Ces systèmes courts permettent des réactions rapides – il convient de ne pas laisser trop longtemps ses doigts sur une plaque brûlante ! – mais peu élaborées. La contraction de la cuisse se fait de façon automatique et brutale, même si un obstacle est présent devant le pied ; en revanche, l'exécution d'un morceau de piano suppose des connexions très complexes à cause du nombre de muscles qu'il convient à chaque instant de contracter et de décontracter, et de la nécessité d'enchaîner harmonieusement des commandes pour aboutir au rythme de la mélodie, voire à son interprétation artistique.

3.4.2. CIRCUITS NEURONAUX EN BOUCLE

Le fonctionnement cérébral, lui, présente des systèmes de boucles à chaque étape. En effet, à chaque relais une partie des fibres et des connexions revient vers l'étape précédente pour l'informer et la rétrocontrôler (feed-back), et lors de la sortie finale les sens enregistrent l'action, la rectifient ou l'ajustent jusqu'au dernier instant : ces boucles nous permettent de marcher, et non de sauter d'un point à l'autre comme des pantins désarticulés, de garder notre équilibre lorsque nous marchons contre le vent, lors d'un match de tennis de retourner une balle à laquelle l'adversaire aurait donné un effet inattendu.

3.5. L'ORGANISATION DES SYSTÈMES

Chaque système (moteur, sensitif…) est lui-même composé d'un grand nombre de sous-systèmes spécialisés. Par exemple, dans le cas de la perception visuelle, il existe des neurones activés par la position d'un objet, et d'autres sensibles au mouvement de ce dernier, et ce uniquement dans une direction donnée de l'espace.
Les systèmes sont organisés de façon topographique, c'est-à-dire que les voies nerveuses et les ensembles de neurones impliqués dans une même fonction se regroupent. Il est ainsi possible de dresser des cartes correspondant à des systèmes spécialisés.
Par exemple, la carte de perception visuelle relie chaque point du champ visuel à un point de la rétine, puis à son correspondant dans le relais visuel (les tubercules quadrijumeaux), jusqu'à son homologue au niveau du cortex visuel occipital.
Chez l'homme, le système nerveux est symétrique, et, sans que l'on sache encore pourquoi, les voies nerveuses sont en général croisées : le cortex cérébral moteur droit commande le côté gauche du corps, et le champ visuel gauche se projette sur le cortex occipital droit.

EMBRYOLOGIE
DÉVELOPPEMENT DU SYSTÈME NERVEUX

Lors du développement embryonnaire, la vésicule cérébrale primitive se divise en trois vésicules : le prosencéphale, le mésencéphale et le rhombencéphale. Celles-ci donnent à leur tour cinq vésicules : le télencéphale, le diencéphale, le mésencéphale, le métencéphale et le myélencéphale.
Le télencéphale donne naissance au cortex cérébral, aux hémisphères cérébraux, aux noyaux gris centraux et aux ventricules latéraux.
Le diencéphale donne le thalamus, le troisième ventricule et les noyaux sous-thalamiques.
Le mésencéphale donne les pédoncules cérébraux.
Le métencéphale donne la protubérance annulaire et le cervelet, tandis que le myélencéphale donne le bulbe rachidien.
Le quatrième ventricule se développe à partir de la vésicule rhombencéphalique.

ASPECTS MÉDICAUX
1. EXAMENS DU SYSTÈME NERVEUX

Les examens permettant d'explorer le système nerveux central sont principalement le scanner, l'imagerie par résonance magnétique (I.R.M.), l'enregistrement des potentiels évoqués (méthode d'étude de l'activité électrique des voies nerveuses de l'audition, de la vision et de la sensibilité corporelle), l'électroencéphalographie et l'analyse du liquide cérébrospinal recueilli par ponction lombaire. Le système nerveux périphérique est plus particulièrement exploré par l'électromyographie.

2. PATHOLOGIE DU SYSTÈME NERVEUX

On distingue les lésions du système nerveux central et celles du système nerveux périphérique.
Les lésions du système nerveux central relèvent de différentes causes :

• la compression du cerveau ou de la moelle épinière par un hématome (dû à un traumatisme crânien), un abcès, une tumeur bénigne ou maligne, un œdème cérébral ;

• la destruction du cerveau ou de la moelle épinière par un traumatisme (section de la moelle par fracture vertébrale), une infection (méningite, encéphalite), une intoxication ou une insuffisance de vascularisation (artérite cérébrale) ;
• l'excitation anormale de certaines zones du cortex (épilepsie) ;

       
• la dégénérescence des neurones : sclérose en plaques, maladie de Parkinson, maladie d'Alzheimer, chorée de Huntington.

Les lésions du système nerveux périphérique sont soit des mononeuropathies (atteinte d'un seul nerf) dues à la section d'un nerf, à la compression d'une de ses racines (sciatique par hernie discale) ou à une infection (zona), soit des polyneuropathies (atteinte de plusieurs nerfs ; → polynévrite) d'origine virale, immunologique (polyradiculonévrite, par exemple), carentielle (déficit en vitamines) ou encore toxique (alcoolisme, par exemple). Outre les traumatismes, de nombreuses autres affections sont également responsables d'une atteinte des nerfs, comme le diabète sucré, la diphtérie, la lèpre ou le lupus érythémateux disséminé. Lorsque plusieurs nerfs sont successivement touchés, on parle de multinévrite.
Voir aussi l'article : neuropathie

ZOOLOGIE

Le système nerveux, inexistant chez les protistes et les spongiaires, apparaît chez les cnidaires. Chez les vers plats (plathelminthes), il est disposé en échelle (des cordons latéraux réunis par des commissures) et relié à un « ganglion cérébroïde » qui reçoit aussi les informations sensorielles.
Les arthropodes, mollusques et annélides (animaux protostomiens) sont dits hyponeuriens car ils n'ont conservé que l'échelle nerveuse ventrale, le cerveau seul étant dorsal et relié à l'échelle par un collier entourant l'œsophage. Une grande concentration nerveuse s'observe cependant chez les poulpes, les crabes et les araignées.
Vertébrés et échinodermes sont des épineuriens. Procordés et vertébrés ont une moelle épinière formée à partir de l'ectoderme dorsal : c'est un cordon impair et médian, creux (ventricules, canal de l'épendyme) et tous les centres nerveux proviennent du développement de ses parois. L'évolution de l'embranchement se traduit par une céphalisation croissante, la partie céphalique du tube neural devenant un cerveau de plus en plus développé, ou plus exactement un encéphale divisé en 5 segments, aux fonctions différentes et dont l'antérieur seul est le cerveau au sens strict. À ce système cérébro-spinal s'ajoutent des systèmes nerveux viscéraux plus autonomes, de moins en moins cependant au cours de l'évolution (système ortho- et parasympathique des vertébrés, systèmes analogues chez les vers et les arthropodes).

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