1. Introduction : Le cervelet Le cervelet est un organe fascinant. Fascinant d’abord pour sa beauté formelle, pour le découpage minutieux de son parenchyme, pour l’expansion majestueuse de l’arbre dendritique de ses cellules de Purkinje. Fascinant ensuite pour la remarquable préservation phylogénétique de sa cytoarchitecture. Fascinant enfin pour les interrogations, voire les débats passionnés qui entourent toujours sa fonction exacte. Classiquement impliqué dans les comportements moteurs et l’équilibre, la fonction du cervelet a plus récemment été démontrée dans bien d’autres domaines, tels le langage (Chen & Desmond 2005), l’angoisse (Sachetti et al. 2005), le rire ou les larmes paroxystiques (Parvizi et al. 2001), l’excrétion (Blok et al. 1997) et l’éjaculation (Holstege et al. 2003). Si le cervelet semble être indispensable à de nombreux comportements animaux et humains, il peut apparaître également complètement inutile, puisqu’il n’est pas exceptionnel de découvrir fortuitement une agénésie cérébelleuse complète chez un sujet d’apparence normal. Dans ce chapitre introductif, nous reverrons succinctement quelques notions anatomiques, histologiques et cytologiques susceptibles de contribuer à une meilleure compréhension des résultats expérimentaux et de leur interprétation 1. 1.I. Position anatomique Le cervelet est situé derrière le tronc cérébral, dans la fosse postérieure, à hauteur du quatrième ventricule dont il est séparé par les voiles médullaires supérieurs et inférieurs. Ce dernier contient les plexus choroïdiens du quatrième ventricule et met en communication l’espace arachnoïdien et ventriculaire via les trous de Magendie et de Luchka. Ce rapport est important pour comprendre pourquoi une masse cérébelleuse peut rapidement causer une hypertension intracrânienne non communicante. En haut et en avant, le cervelet est séparé des 1 Introduction 2 lobes occipitaux qui le recouvrent par la tente du cervelet, qui délimite ainsi la fosse postérieure. 1.II. Organisation anatomique et fonctionnelle Le cervelet est composé d’un manteau cortical plissé qui recouvre une substance blanche au sein de laquelle se trouvent les noyaux cérébelleux profonds. Le cortex cérébelleux peut être compris dans une organisation rostro-caudale, plutôt descriptive, ou dans une organisation sagittale, plutôt fonctionnelle (Figure 1.1). Figure 1.1. Vue supérieure du cervelet « déplié ». Le cervelet présente une division en lobules dans le sens antéro-postérieur et une division dans plan sagittal en vermis et hémisphères. 1.II.a. Division antéro-postérieure Elle est essentiellement anatomique. Les lobules, numérotés de 1 à 10 dans le sens antéro-postérieur, sont séparés par des sillons horizontaux. Le cervelet est divisé en trois parties : Le lobe flocculonodulaire (lobule 10) contenant le nodulus et le flocculus, le lobe antérieur (lobules de 1 a 5) et le lobe postérieur (lobules de 6 à 9), séparé du précédent par la scissure primaire et lui-même séparé en deux parties (entre les lobules 7 et 8) par le sillon circonférentiel de Vicq d’Azyr. 1 Introduction 1.II.b. Division sagittale Elle est plutôt fonctionnelle. On distingue dans le cortex, de dedans en dehors, le vermis, le paravermis ou lobe intermédiaire et les hémisphères. Ces structures se projettent respectivement sur les noyaux fastigiaux, interposés et dentelés. Le nodulus se projette quant à lui sur le noyau de Deiters, ou vestibulaire latéral, qui, s’il constitue fonctionnellement un noyau cérébelleux profond, n’en est pas moins « délocalisé » dans le tronc cérébral. Le noyau fastigial est fonctionellement divisé en deux parties, une partie rostrale impliquée dans le contrôle de la musculature somatique et une partie caudale impliquée dans le contrôle des mouvements oculaires. Les enregistrements réalisés dans l’interpositus ont démontré son implication dans le contôle des muscles antagonistes et dans le traitement du feed-back sensoriel lors de l’exécution d’un mouvement. Le rôle de l’interpositus dans l’apprentissage moteur, comme par exemple l’acquisition du réflexe de clignement, fait l’objet d’intenses controverses. Le noyau dentelé intervient dans l’initiation du mouvement. 1.III. Afférences Elles proviennent de la moelle, du tronc et des noyaux vestibulaires, et constituent les fibres moussues, ou de l’olive bulbaire, constituant alors les fibres grimpantes. Les fibres grimpantes se projettent directement sur les cellules de Purkinje, tandis que les fibres moussues se projettent sur les cellules granulaires. 1.III.a. Les afférences médullaires 1.III.a.1. Le faisceau spinocérébelleux postérieur (de Flechsig) Les fibres sensitives (type Ia, Ib et II) en provenance des tendons et des muscles du membre inférieur rentrent dans la substance grise médullaire par la corne postérieure, relaient au niveau de la corne latérale dans la colonne de Clarke et montent dans le tractus 1 Introduction 4 1.III.a.2. Le faisceau cunéocérébelleux Le faisceau cunéocérébelleux constitue l’équivalent du faisceau spinocérébelleux postérieur pour les membres supérieurs. Il est donc constitué des fibres sensitives en provenance des muscles et des tendons du membre supérieur et de la nuque. Sans relayer dans la moelle, ces fibres montent dans le faisceau cunéiforme pour relayer enfin dans le noyau cunéaire accessoire de Von Monakow, d’où elles suivent le trajet du faisceau spinocérébelleux postérieur. 1.III.a.3. Le faisceau spinocérébelleux ventral (de Gowers) Il se distingue du faisceau spinocérébelleux postérieur par le fait que les fibres (type II et III) relaient au niveau de la corne latérale de la moelle avant de croiser par la commissure blanche antérieure et de remonter par le cordon latéral controlatéral vers les pédoncules cérébelleux supérieurs et finalement le lobe antérieur bilatéral, non sans avoir croisé une seconde fois au niveau du mésencéphale. A l’instar du faisceau spinocérébelleux postérieur, le faisceau spinocérébelleux ventral convoie les informations sensitives et proprioceptives des membres inférieurs. 1.III.a.4. Le faisceau spinocérébelleux rostral Le faisceau spinocérébelleux rostral constitue l’équivalent du faisceau spinocérébelleux ventral pour les membres supérieurs. Les neurones, situés dans la partie postérieure de la colonne de Clarke ipsilatérale aux champs récepteurs, envoient leurs axones de manière bilatérale dans le lobe antérieur, via les pédoncules cérébelleux supérieurs et dans une moindre mesure, inférieurs. 1.III.b. Les afférences réticulaires Elles se distribuent à l’ensemble du cortex cérébelleux. Elles sont issues -du noyau réticulaire latéral (projection essentiellement ipsilatérale par les pédoncules cérébelleux supérieurs sur le lobe antérieur), 1 Introduction -du noyau réticulaire du tegmentum pontin (projection controlatérale par les pédoncules cérébelleux moyens sur le lobe antérieur et sur les lobules VIIb et VIII), -du noyau réticulaire paramédian (projection bilatérale sur le lobe antérieur, le vermis postérieur et le flocculus via les pédoncules cérébelleux inférieurs) -des noyaux péri-hypoglosses (projection bilatérale sur le lobe antérieur et les lobules VIII et IX). 1.III.c. Les afférences pontines Elles constituent une étape de la boucle cortico-ponto-cérébello-thalamo-corticale. Cette boucle commence essentiellement au niveau des aires de Brodmann 4 et 6 (mais également des aires 1-3,5 et 7) qui se projette sur des bandes de neurones pontins orientées dans le sens rostro-caudal. Les neurones pontins se projettent essentiellement (~90%) sur l’hémisphère controlatéral (lobules IV-VII), via les pédoncules cérébelleux moyens. 1.III.d. Les afférences olivaires Elles constituent une étape du tractus spino-olivo-cérébelleux. Les axones des neurones olivaires dénommés « fibres grimpantes » cheminent dans les pédoncules cérébelleux inférieurs pour se projeter directement sur les cellules de Purkinje du cortex hétérolatéral, suivant des bandes sagittales. Une fibre grimpante excite en moyenne 10 cellules de Purkinje. 1 Introduction 6 ipsilatéral, tandis que les afférences secondaires se projettent de manière plus diffuse et bilatérale sur l’ensemble du vermis, les noyaux fastigiaux et interposés et le lobe flocculonodulaire. 1.III.f. Les autres afférences Le cervelet reçoit des afférences noradrénergiques du locus coeruleus (synapse avec la dendrite distale de la cellule de Purkinje) et sérotoninergiques des noyaux du raphe. Le cervelet reçoit également des projections directes et indirectes des noyaux des centres autonomiques, tels ceux du IX et du X. Le noyau fastigial reçoit des projections de l’hypothalamus. 1.IV. Efférences 1.IV.a. Les efférences vermiennes Le vermis se projette sur le noyau fastigial qui se projette sur la réticulée et les noyaux vestibulaires après avoir croisé dans le cervelet pour la plus grande partie des fibres, formant ainsi le faisceau unciné puis les corps juxtarestiformes. Les neurones du vermis se projettent également sur les cellules olivaires qu’ils inhibent. Quelques cellules de Purkinje du vermis se projettent directement sur les noyaux vestibulaires latéraux. 1.IV.b. Les efférences paravermiennes Le paravermis se projette sur le noyau interposé, ce dernier étant divisé en noyau interposé antérieur et postérieur. Le noyau interposé se projette sur le noyau ventro-latéral du thalamus et le noyau rouge hétérolatéral, dans sa partie caudale pour l’interposé antérieur et sa partie médiane pour l’interposé postérieur. 1 Introduction 1.IV.c. Les efférences hémisphériques Les cellules de Purkinje des hémisphères se projettent sur le noyau dentelé, étape de la boucle cortico-ponto-cérébello-thalamo-corticale avant le noyau ventro-latéral du thalamus hétérolatéral. Le noyau dentelé se projette également sur le noyau intralaminaire antérieur du thalamus, les noyaux oculomoteurs, l’olive bulbaire, le tegmentum et la réticulée bulbaire en suivant le faisceau central de la calotte. 1.V. Les pédoncules cérébelleux Le cervelet est relié au tronc cérébral par les pédoncules cérébelleux qui convoient les afférences, destinées au cortex cérébelleux, et les efférences des noyaux profonds. On distingue - Les pédoncules cérébelleux inférieurs (ou corps restiformes), qui contiennent le faisceau spinocérébelleux dorsal, le faisceau cunéocérébelleux ainsi que le faisceau olivocérébelleux controlatéral et les afférences du noyau réticulaire latéral. - Les pédoncules cérébelleux moyens (ou brachium pontis), où transitent les afférences pontines. - Les pédoncules cérébelleux supérieurs (ou brachium conjonctivum), qui contiennent les faisceaux spinocérébelleux ventral et rostral ainsi que les afférences du noyau réticulaire paramédian et la plupart des efférences cérébelleuses. 1.VI. Anatomie vasculaire 1 Introduction 8 L’artère cérébelleuse supérieure irrigue la face supérieure du cervelet jusqu’au noyau dentelé et la face latérale de la protubérance, l’artère cérébelleuse moyenne irrigue le flocculus et donne naissance à l’artère auditive interne tandis que la PICA irrigue la face latérale du bulbe et la partie inférieure du cervelet. La partie externe du cervelet est drainée par le sinus longitudinal supérieur, et la partie la plus interne se draine dans la grande veine de Galien. 1.VII. Histologie Historiquement, le cortex cérébelleux a été décrit comme la succession de trois couches, moléculaire, ganglionique et granulaire, abritant les différentes cellules constituant le parenchyme cérébelleux : la cellule de Purkinje, les cellules granulaires, les cellules en panier et en étoile, les cellules de Golgi, les cellules de Lugaro et les cellules en brosse, la description, ou du moins l’intérêt porté à ces deux derniers éléments étant relativement plus récente. La couche moléculaire, la plus externe, de 300 à 400 micromètres d’épaisseur, est essentiellement constituée par les fibres parallèles, issues de la bifurcation de l’axone des cellules granulaires et ne contient que deux types de cellules : les cellules en étoile et les cellules en panier, regroupées ainsi sous la dénomination d’ «interneurones inhibiteurs de la couche moléculaire ». De 50 à 70 micromètres d’épaisseur, la couche ganglionique est constituée d’une couche unique de cellules de Purkinje. Quelques cellules en panier peuvent être également observées entre les cellules de Purkinje. Dans la couche ganglionique transitent également les axones ascendants des cellules granulaires et descendants des cellules en panier ainsi que les dendrites des cellules de Golgi. D’épaisseur variable (de 100 micromètres en profondeur et jusqu’à 500 micromètres au sommet des folia), la couche granulaire est essentiellement constituée par les cellules granulaires dont la densité atteint 2.400.000 par mm3. Les dendrites des cellules granulaires prennent contact avec les fibres moussues au sein d’une structure particulière : les îlots ou glomérules cérébelleux. La couche granulaire contient également les cellules de Golgi, les axones des cellules de Purkinje, les brosses unipolaires et les cellules de Lugaro.. 1 Introduction 1.VII.a. La cellule de Purkinje Il s’agit de la seule sortie du cortex cérébelleux (fig. 1.2), et à ce titre, nous décrirons la cytoarchitecture du cervelet comme s’articulant autour de cette unité d’intégration finale. La cellule de Purkinje est une grande cellule de 50 à 70 micromètres de diamètre vertical et de 30 à 35 micromètres de diamètre transversal. Les cellules de Purkinje se disposent en une couche monocellulaire à intervalle de 50 micromètres dans le plan longitudinal et 50 à 100 micromètres dans le plan transversal. L’unique axone de la cellule de Purkinje prend naissance directement à la base de la cellule (pas de cône pré-axonique), traverse la couche granulaire et pénètre dans la lamina medulla en direction des noyaux profonds. La dendrite prend quant à elle naissance au pôle opposé de la cellule et se divise rapidement en angle aigu en deux troncs d’où se subdiviseront dans le plan transversal les branches de l’arbre dendritique. Les afférences excitatrices sont constituées par les fibres grimpantes et les fibres parallèles. Les fibres grimpantes sont issues des neurones de l’olive bulbaire. Chaque fibre grimpante se projette sur une dizaine de cellules de Purkinje qui ne reçoivent par contre qu’une seule fibre grimpante chacune. Le contact entre la fibre et la cellule est très étroit tant du point de vue morphologique que fonctionnel. Les fibres grimpantes envoient également des collatérales sur les cellules en panier et les cellules de Golgi. Les fibres parallèles constituent la deuxième afférence excitatrice de la cellule de Purkinje. Elles sont issues de la bifurcation de l’axone des grains et courent dans l’axe du folium dont elles constituent la plus grande partie de la couche moléculaire. Elles établissent des contacts synaptiques faibles (en passant) avec les arbres dendritiques des cellules de Purkinje à travers lesquels elles passent. A l’inverse du système des fibres grimpantes où une et une seule fibre innerve une dizaine de cellules de Purkinje, L’arbre dendritique de chaque cellule de Purkinje est traversé par 200 à 300.000 fibres parallèles, chacune prenant contact avec un grand nombre de cellules de Purkinje. Les afférences inhibitrices de la cellule de Purkinje viennent des cellules en étoile, des cellules en panier, des cellules de Lugaro et des collatérales récurrentes des autres cellules de Purkinje. Les cellules en étoile sont situées dans la couche moléculaire, et leur axone établit 1 Introduction 10 nombre de synapses. L’inhibition directe des cellules de Purkinje par les cellules de Lugaro a récemment été démontrée (Dean et al. 2003). La cellule de Purkinje constitue la seule sortie du cortex cérébelleux. Les axones des cellules de Purkinje se projettent sur les noyaux cérébelleux profonds qu’ils inhibent. En outre, l’axone des cellules de Purkinje émet quelques collatérales récurrentes qui constituent les plexus infra- et supra-ganglionique, situés respectivement en dessous et au-dessus de la couche des cellules de Purkinje. Ces collatérales se projettent essentiellement sur les cellules de Golgi et les cellules en panier qu’elles inhibent, mais également sur les cellules de Lugaro et sur les autres cellules de Purkinje. Figure 1.2. La cellule de Purkinje constitue la seule sortie du cortex cérébelleux. Elle inhibe les neurones des noyaux cérébelleux profonds. Elle est excitée par une fibre grimpante, issue de l’olive bulbaire et par les fibres parallèles issues de la bifurcation des axones des grains, eux-mêmes stimulés par les fibres moussues. La partie proximale de l’axone des grains situés en dessous de la cellule (segment ascendant) établit plusieurs contacts synaptiques avec la partie proximale de la dendrite de la cellule de Purkinje. Les terminaisons axonales sont symbolisées par 1.VII.b. Les grains Tout à l’inverse des cellules de Purkinje, les grains sont de petites cellules (5 à 8 micromètres de diamètre) densément agencées en plusieurs couches, au cytoplasme étroit et peu différencié. Ils peuvent posséder jusqu’à 7 dendrites qui s’épanouissent au niveau des îlots ou glomérules cérébelleux. L’axone du grain traverse la couche granulaire et parcourt dans la couche moléculaire un trajet plus ou moins inversement proportionnel à la profondeur 1 Introduction du grain dans la couche granulaire, les grains les plus superficiels engageant ainsi des contacts synaptiques avec la partie la plus distale des cellules de Purkinje. L’axone se divise alors en deux branches (bifurcation en T) qui constitueront une des nombreuses fibres parallèles qui parcourent le folium dans son axe longitudinal, sur une longueur comprise entre 2 et 3 mm. Avant sa bifurcation, l’axone des grains engage des contacts synaptiques avec la partie proximale de la dendrite des cellules directement sus-jacentes. Comme nous l’avons mentionné, les dendrites des grains s’épanouissent dans un enchevêtrement de rameaux qui s’allient à ceux des fibres moussues au sein des îlots glomérulaires. La synapse excitatrice à ce niveau est contrôlée par la terminaison axono-axonique gabaergique des cellules de Golgi. Les grains sont en outre inhibés par les cellules de Golgi et excités par les cellules en brosse au niveau de synapses axono-dendritiques. La cellule de Purkinje constitue l’efférence principale des grains. Cependant, les fibres parallèles excitent également les cellules en étoile et les cellules de Golgi. 1.VII.c. La cellule de Golgi La cellule de Golgi est une cellule de taille comparable à la cellule de Purkinje, située dans la couche granulaire. Ses dendrites traversent les couches granulaire et ganglionique, présentant sur cette portion de leur trajet un grand nombre d’épines dendritiques. Une fois dans la couche moléculaire, les dendrites se divisent dans tous les plans (à l’inverse de la cellule de Purkinje dont l’arbre dendritique est confiné au plan transversal) sur une distance en outre beaucoup plus importante que la cellule de Purkinje. Les branches de la couche moléculaire présentent beaucoup moins d’épines dendritiques que celles des couches granulaire ou ganglionique. L’axone naît généralement au pôle inférieur et se ramifie rapidement en une multitude de petits rameaux qui s’épanouissent au niveau des îlots cérébelleux sur une surface grosso modo correspondant à celle couverte par l’arbre dendritique. Les cellules de Golgi sont environ dix fois moins nombreuses que celles de Purkinje. La cellule de Golgi est activée par des rameaux des fibres grimpantes et par ses contacts axono-dendritiques avec les fibres parallèles. Elle est inhibées par les collatérales des 1 Introduction 12 Figure 1.3. La cellule de Golgi contrôle l’activation des grains (CG) par les fibres moussues (FM) via une synapse axono-axonale. Elle est inhibée par des collatérales récurrentes des cellules de Purkinje (CP) et activée par les fibres parallèles (FP) et des collatérales des fibres grimpantes (FG). Les terminaisons dendritiques sont symbolisées par 1.VII.d. La cellule en panier La cellule en panier est une cellule de taille intermédiaire entre celle de la cellule de Purkinje et celle du grain (moyenne de 20 micromètres du corps cellulaire). Elle se trouve dans la couche moléculaire, ou plus rarement entre deux cellules de Purkinje dans la couche ganglionique. Les cellules en panier sont beaucoup plus fréquentes que les cellules de Golgi, même légèrement plus nombreuses que les cellules de Purkinje. L’arbre dendritique se situe dans la partie inférieure de la couche moléculaire et se ramifie dans le plan transversal, comme celui de la cellule de Purkinje dont on peut cependant le distinguer par ses épines dendritiques, plus rares, plus longues et plus étroites. L’axone de la cellule en panier vient envelopper la cellule de Purkinje qu’elle inhibe. La cellule en panier est elle-même inhibée par la cellule de Lugaro et par les collatérales récurrentes des cellules de Purkinje et excitée par les rameaux des fibres grimpantes et par les fibres parallèles. 1 Introduction 1.VII.e. La cellule en étoile La cellule en étoile est une petite cellule située dans les deux tiers externes de la couche moléculaire. Comme pour la cellule de Purkinje et la cellule en panier, la dendrite se divise dans le plan transversal, mais son arborisation couvre une surface bien inférieure à celle Dans le document Etude électrophysiologique de la cellule de Purkinje et du potentiel de champ local chez la souris éveillée, en conditions normales et pathologiques. (Page 14-33)
