Le système nerveux est composé du système nerveux périphérique et du SNC, ce dernier regroupant l'encéphale et la moelle épinière. L'encéphale comprend le tronc cérébral, le cervelet et le cerveau.
Le cerveau est un organe vital, nécessaire pour intégrer et commander les interactions entre l’individu et son environnement. Cet organe assure quatre fonctions essentielles : motrices, sensitives, sensorielles et associatives. Ce sont les associations entre les informations reçues par les différentes zones fonctionnelles ainsi que leur intégration et leur traitement qui permettent la reconnaissance et l’action sur l’environnement (Outrequin et Boutillier 2007).
Le cerveau est un organe d'une grande complexité tant au niveau organisationnel que fonctionnel. Au niveau morphologique, le cerveau est constitué par deux hémisphères séparés par le sillon inter hémisphérique, et constitué de 5 lobes, permettant de distinguer les aires assurant les grandes fonctions cérébrales (vision, langage, motricité, comportement, mémoire, etc.). Chacune de ces aires comporte plusieurs structures nécessaires à la réception, l’intégration et le traitement des informations périphériques ainsi qu’à la réponse à ces informations. En particulier, le lobe limbique joue un rôle dans l'olfaction, la mémoire et la régulation des émotions et exerce une influence sur le système endocrinien (organes sécréteurs d'hormones). Toutes les zones qui le constituent sont situées vers la base du cerveau, autour du thalamus : septum, fornix, hippocampe, amygdale, cortex insulaire et fronto-orbitaire postérieur. Certains y ajoutent l'hypothalamus.
Les fonctions motrices, sensitives et sensorielles d'un organisme sont permises par la présence des douze paires de nerfs crâniens. La majorité de ces nerfs émergent du tronc cérébral (du IIIeme au XIIeme) tandis que les nerfs optiques et olfactifs émergent respectivement du chiasma optique via le trou optique et du bulbe olfactif via la lame criblée de l'ethmoïde (Figure 26).
Figure 27. Représentation schématique de l’encéphale (A), d’une unité neurovasculaire (B) et de la barrière hématoencéphalique (C).
L’échange de molécules entre le sang et le cerveau est contrôlé par les unités neurovasculaires, qui forment la barrière hématoencéphalique.
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Le cerveau est protégé des atteintes extérieures grâce à un système de protection très complet : plusieurs enveloppes, les méninges, limitent les infections; la boite crânienne et sa loge fibreuse, protège des chocs; le liquide cérébrospinal (LCS) circulant dans les ventricules, assure le maintien de la pression, une fonction de transport des hormones et nutriments, et l’évacuation des molécules et déchets du cerveau. Pour fonctionner normalement, le cerveau est dépendant d’apports optimaux en substrats énergétiques, principalement l’oxygène et le glucose. Le transport et l’apport de ces substrats est permis par une perfusion cérébrale finement régulée. Cette microcirculation dépend de l’action coordonnée de neurones, astrocytes, cellules endothéliales vasculaires, péricytes, cellules périvasculaires, cellules musculaires lisses et de la matrice cérébrovasculaire. Ces éléments constituent un ensemble fonctionnel appelé unité neurovasculaire, structure principale de la barrière hémato encéphalique (BHE) et assurant la surveillance immunitaire du cerveau, ainsi que la production de facteurs de croissance nécessaires à la survie des cellules cérébrales et des capillaires sanguins (Figure 27).
Le SNC joue un rôle majeur dans la gestion des réserves énergétiques et la régulation du métabolisme. En permanence, il reçoit de la périphérie des informations sur le statut énergétique et les intègre afin d'ajuster les paramètres physiologiques de l'organisme. Ces signaux peuvent provenir de l’environnement sensoriel, en particulier par le biais des récepteurs olfactifs ou des photorécepteurs, ou bien de l’organisme lui-même, entre autres au travers des régulations endocriniennes. La source principale d’énergie pour le cerveau sont les glucides, principalement le glucose qui est une source d’énergie immédiate et qui sert de molécule de signalisation sur l’état de la balance énergétique pour les neurones dits glucosenseurs. Par ailleurs, les nutriments présents dans la circulation sanguine informent le système nerveux central de l’état alimentaire de l’organisme, par exemple au niveau de l’hypothalamus, en traversant la BHE pour pouvoir directement modifier le comportement alimentaire (Berthoud et Morrison 2008). Les acides gras transportés sous forme de lipoprotéines sont également impliqués dans le fonctionnement neuronal par l’intermédiaire de l’acétyl-CoA (Migrenne, Magnan, et Cruciani-Guglielmacci 2007). Parmi les structures impliquées dans le maintien de l’homéostasie énergétique, l'hypothalamus et le bulbe olfactif sont particulièrement importants. L’hypothalamus est une structure centrale de la réception, de l’intégration et de la réponse aux signaux externes et internes à l’organisme. Les signaux lumineux ainsi que nutritifs modulent l’activité de différents noyaux hypothalamiques et permettent la régulation de l’homéostasie énergétique en modulant les apports et les dépenses énergétiques (Sollars et Pickard 2015). Les signaux olfactifs, perçus par le bulbe olfactif,
Figure 28. Représentation schématique des noyaux hypothalamiques en coupe frontale (A) et sagittale (B)
Adapté de Elizondo-Vega et al. 2015
L’hypothalamus et constitué de différentes aires et noyaux hypothalamiques. Les échanges énergétiques avec le reste de l’organisme s’effectuent au niveau de vaisseaux sanguins pourvus ou non de BHE. Des échanges s’effectuent aussi via le LCS circulant dans les ventricules III-V au niveau des faces ventriculaire.
NPV – noyau paraventriculaire ; AHD – aire hypothalamique dorsale ; NDM – noyau dorso-médian ; APF – aire périfornicale ; NHL – noyau hypothalamique latéral ; NHP – noyau hypothalamique prémamillaire ; CM – corps mamillaire ; NVM – noyau ventromédial ; NSC – noyau suprachiasmatique ; NSO – noyau supraoptique ; NHA – noyau hypothalamique antérieur ; NPO – noyau préoptique ; NA – noyau arqué ; EM – éminence médiane ; BHE – barrière hématoencéphalique ; IIIV – troisième ventricule ; β2t β2tanycytes ; Ep -épendymocytes
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influencent la préférence et la sélection alimentaire et, par conséquent, les apports énergétiques. De plus en plus de preuves attestent du dialogue entre les signaux d’homéostasie énergétique, le goût et l’odorat (MacLean et al. 2017).
L’étude de ces deux structures cérébrales a donc un intérêt particulier dans un contexte d’obésité afin de comprendre leur rôle respectif dans les défauts de gestion du métabolisme énergétique qui peuvent survenir.