a – Description anatomique du lobe temporal médian

Le lobe temporal médian, qui se situe dans le système limbique, comprend trois structures (figure 2 - Amaral and Witter, 1989):

- Une structure centrale appelée « formation hippocampique » qui se compose de l’HPC (comprenant les Champs Ammoniques (CA), le Gyrus Denté (GD) et le subiculum) et le cortex entorhinal,

- Le cortex périrhinal,

- Le cortex parahippocampique.

Les cortex périrhinaux et parahippocampiques reçoivent des afférences unimodales et polymodales des aires d’association des lobes frontaux, temporaux et pariétaux. Ces cortex sont en connexions réciproques avec le cortex entorhinal, principale voie d’entrée des afférences corticales dans l’HPC. L'organisation neuroanatomique de l'HPC diffère peu selon les espèces. Cette stabilité phylogénétique suggère un rôle crucial dans le fonctionnement du système nerveux central (figure 3).

1) Organisation structurale de la formation hippocampique

Chez les mammifères, la formation hippocampique est principalement constituée de deux couches cellulaires distinctes en forme de C (figure 3) qui s'imbriquent l'une dans l'autre : (1) une couche de cellules granulaires du GD. (2) Une seconde couche constituée par le subiculum et l’HPC, constitué de la couche des cellules pyramidales des quatre champs ammoniques: le CA1, le CA2, le CA3 et le CA4. Au niveau de l'HPC dorsal, le CA1 et le CA2 constituent la région supérieure tandis que le CA3 et le CA4 forment la région inférieure.

La plupart des auteurs englobent dans le CA2 dans le CA3, et le considèrent plutôt comme la partie distale du CA3, car il est très peu développé et donc difficile à étudier. Néanmoins, des études récentes ont mis en évidence une distinction dans le rôle fonctionnel de ces deux sous-régions. Notamment, le CA2 serait davantage impliqué dans la mémoire et les comportements sociaux (Leroy et al., 2018; Meira et al., 2018), ainsi que dans le niveau d’excitabilité global de l’HPC (Piskorowski and Chevaleyre, 2018), tandis que le CA3 aurait un rôle plus global dans les processus mnésiques et notamment lors de l’encodage (Chiang et al., 2018; Gilbert and Brushfield, 2009; Rebola et al., 2017).

Les couches cellulaires de l’HPC sont étroitement interconnectées. L'une des caractéristiques majeures de l'HPC est son organisation structurale formant un circuit tri-synaptique (Entorhinal  GD  CA3  CA1) unidirectionnel et principalement glutamatergique (Amaraland Witter, 1989). Les cellules granulaires du GD projettent massivement leurs axones sur l'arborisation dendritique des cellules pyramidales du CA3, via les fibres moussues (figure 3). Ces cellules envoient à leur tour leurs prolongements axoniques (collatérales de Schaffer) sur les cellules pyramidales du CA1

~ 13 ~

selon une topographie extrêmement précise. Longtemps décrite comme l'unique organisation interne de l'HPC, cette organisation lamellaire n'est cependant pas la seule. Ainsi, par exemple, les cellules du CA3 envoient de nombreuses projections sur les autres cellules pyramidales du CA3 par des collatérales axoniques. L'existence de ce circuit récurrent (système collatéral récurrent) fait du CA3 une région très fortement interconnectée de l'HPC. Cette structure est, de ce fait, importante dans l’acquisition rapide d’informations (Rebola et al., 2017; Rolls and Kesner, 2006), ce qui contraste beaucoup avec l'organisation de CA1 où les cellules pyramidales ne sont que faiblement interconnectées. De plus, il existe des projections directes du cortex entorhinal (couche III) sur le CA3 et le CA1. Le CA1 projette d’ailleurs en retour sur le cortex entorhinal via le subiculum (figure 3). A cette organisation architecturale interne complexe, il faut ajouter les relations diverses que l'HPC entretient avec les autres structures environnantes, en particulier corticales.

2) Les afférences corticales de l’Hippocampe

La majorité des afférences hippocampiques sont issues du cortex entorhinal (via la voie perforante), lequel reçoit de nombreuses informations en provenance en provenance de diverses aires néocorticales. Les projections qui arrivent sur les couches superficielles (couches II et III) viennent des régions du bulbe olfactif et du cortex périrhinal. Les couches profondes du cortex entorhinal reçoivent des afférences de nombreuses aires corticales, notamment du cortex insulaire, du cortex rétrosplénial (Amaral and Witter, 1989; Lavenex and Amaral, 2000), mais également du Cortex Préfrontal médian (CPFm - Eichenbaum, 2017; Kitamura et al., 2017; Maharjan et al., 2018; Preston and Eichenbaum, 2013), ainsi que le Cortex Cingulaire Antérieur (CCa - Jones and Witter, 2007; Kitamura et al., 2017; Rajasethupathy et al., 2015). Leurs projections sont directement impliquées dans les processus mnésiques (Eichenbaum, 2017; Maharjan et al., 2018; Preston and Eichenbaum, 2013; Rajasethupathy et al., 2015; Rebola et al., 2017). Les cortex entorhinal et parahippocampique reçoivent également des projections du Cortex

Orbito-Frontal (COF - Kondo and Witter, 2014; Suzuki and Amaral, 1994). Hippocampe Cortex entorhinal Cortex parahippocampique Cortex associa fs unimodaux Cortex associa fs plurimodaux Cortex périrhinal F o rm a o n h ip p o ca m p iq u e Lo b e te m p o ra l m éd ia n

~ 14 ~

L'HPC envoie lui-même de nombreuses projections. Les cellules pyramidales de CA1 se projettent selon une organisation bien précise sur le subiculum (Amaral et al., 1991), qui constitue la principale voie de sortie de l'HPC et innerve la plupart des structures extrahippocampiques telles que le cortex rétrosplénial et le cortex entorhinal (Amaral and Witter, 1989; Lavenex and Amaral, 2000) et le PFCm (Eichenbaum, 2017; Kitamura et al., 2017; Preston and Eichenbaum, 2013), dont les projections sont également impliquées dans les processus mnésiques (Eichenbaum, 2017; Kitamura et al., 2017; Maharjan et al., 2018; Preston and Eichenbaum,2013).

Figure 3 | Schéma du circuit tri-synaptique hippocampique et de ses connexions avec le cortex entorhinal. (a) illustration montrant la localisation de l’hippocampe (HPC) dans un cerveau de rat. (b) Schéma du circuit tri-synaptique de l’HPC, montrant la voie perforante véhiculant des informations sensorielles polymodales en provenance des neurones de la couche II du cortex entorhinal et se projetant sur les cellules granulaires du gyrus denté (1). Ceux-ci, via les fibres moussues projettent sur la couche pyramidale du champ CA3 (2), qui, via la collatérale de Schaffer projettent sur les cellules pyramidales du champ CA1 ipsilatéral et sur les cellules pyramidales du CA3 et du CA1 (3) controlatéraux via les connexions commissurales. Les cellules pyramidales du CA3 et du CA1 reçoivent aussi des afférences en provenance directe respectivement de la couche II et III du cortex entorhinal. L’HPC reçoit aussi des afférences modulatrices importantes. La voie de sortie du circuit est le subiculum. Adapté de Berridge, 2014.

~ 15 ~