Le système nerveux central et périphérique

Le système nerveux peut être divisé en deux régions principales : les systèmes nerveux central et périphérique. Le système nerveux central est le cerveau et la moelle épinière, et le système nerveux périphérique est tout le reste (Figure 12.2). Le cerveau est contenu dans la cavité crânienne du crâne, et la moelle épinière est contenue dans la cavité vertébrale de la colonne vertébrale. C'est une légère simplification de dire que le SNC est ce qui se trouve à l'intérieur de ces deux cavités et que le système nerveux périphérique est à l'extérieur, mais c'est une façon de commencer à y penser. En réalité, certains éléments du système nerveux périphérique se trouvent dans les cavités crânienne ou vertébrale. Le système nerveux périphérique est ainsi nommé parce qu'il se trouve à la périphérie, c'est-à-dire au-delà du cerveau et de la moelle épinière. Selon les différents aspects du système nerveux, la ligne de démarcation entre le central et le périphérique n'est pas nécessairement universelle.

Figure 12.2 Système nerveux central et périphérique Les structures du SNP sont appelées ganglions et nerfs, qui peuvent être considérés comme des structures distinctes. Les structures équivalentes dans le SNC ne sont pas évidentes de ce point de vue général et sont mieux examinées dans des tissus préparés au microscope.

Le tissu nerveux, présent à la fois dans le SNC et le SNP, contient deux types de cellules de base : les neurones et les cellules gliales. Une cellule gliale est l'une des diverses cellules qui fournissent un cadre tissulaire soutenant les neurones et leurs activités. Le neurone est le plus important des deux sur le plan fonctionnel, en termes de fonction communicative du système nerveux. Pour décrire les divisions fonctionnelles du système nerveux, il est important de comprendre la structure d'un neurone. Les neurones sont des cellules et ont donc un soma, ou corps cellulaire, mais ils ont aussi des prolongements de la cellule ; chaque prolongement est généralement appelé un processus. Il y a un processus important que chaque neurone possède, appelé un axone, qui est la fibre qui connecte un neurone à sa cible. Un autre type de prolongement qui se ramifie à partir du soma est la dendrite. Les dendrites sont responsables de la réception de la majeure partie de l'entrée des autres neurones. En examinant le tissu nerveux, il existe des régions qui contiennent principalement des corps cellulaires et des régions qui sont largement composées uniquement d'axones. Ces deux régions au sein des structures du système nerveux sont souvent appelées substance grise (les régions avec de nombreux corps cellulaires et dendrites) ou substance blanche (les régions avec de nombreux axones). La Figure 12.3 montre l'apparence de ces régions dans le cerveau et la moelle épinière. Les couleurs attribuées à ces régions sont celles que l'on verrait dans du tissu nerveux « frais » ou non coloré. La substance grise n'est pas nécessairement grise. Elle peut être rosâtre en raison de sa teneur en sang, ou même légèrement beige, selon la durée de conservation du tissu. Mais la substance blanche est blanche parce que les axones sont isolés par une substance riche en lipides appelée myéline. Les lipides peuvent apparaître comme une matière blanche (« grasse »), un peu comme la graisse sur un morceau de poulet ou de bœuf cru. En fait, la substance grise peut avoir cette couleur qui lui est attribuée parce qu'à côté de la substance blanche, elle est juste plus foncée — d'où le gris.

La distinction entre substance grise et substance blanche est le plus souvent appliquée au tissu nerveux central, qui présente de grandes régions visibles à l'œil nu. Lors de l'examen de structures périphériques, un microscope est souvent utilisé et le tissu est coloré avec des couleurs artificielles. Cela ne signifie pas que le tissu nerveux central ne peut pas être coloré et observé au microscope, mais le tissu non coloré provient très probablement du SNC — par exemple, une coupe frontale du cerveau ou une coupe transversale de la moelle épinière.

Figure 12.3 Substance grise et substance blanche Un cerveau retiré lors d'une autopsie, avec une section partielle enlevée, montre de la substance blanche entourée de substance grise. La substance grise constitue le cortex externe du cerveau. (source : modification de l'œuvre par « Suseno »/Wikimedia Commons)

Indépendamment de l'apparence du tissu coloré ou non coloré, les corps cellulaires des neurones ou les axones peuvent être localisés dans des structures anatomiques discrètes qui doivent être nommées. Ces noms sont spécifiques selon que la structure est centrale ou périphérique. Une collection localisée de corps cellulaires de neurones dans le SNC est appelée un noyau. Dans le SNP, un amas de corps cellulaires de neurones est appelé un ganglion. La Figure 12.4 indique comment le terme noyau a plusieurs significations différentes en anatomie et physiologie. C'est le centre d'un atome, où se trouvent les protons et les neutrons ; c'est le centre d'une cellule, où se trouve l'ADN ; et c'est un centre de certaines fonctions dans le SNC. Il existe également une utilisation potentiellement confuse du mot ganglion (pluriel = ganglions) qui a une explication historique. Dans le système nerveux central, il existe un groupe de noyaux qui sont connectés entre eux et étaient autrefois appelés les noyaux gris centraux avant que le terme « ganglion » ne soit accepté comme description d'une structure périphérique. Certaines sources se réfèrent à ce groupe de noyaux comme les « noyaux gris centraux » pour éviter toute confusion.

Figure 12.4 Qu'est-ce qu'un noyau ? (a) Le noyau d'un atome contient ses protons et ses neutrons. (b) Le noyau d'une cellule est l'organite qui contient l'ADN. (c) Un noyau dans le SNC est un centre de fonction localisé avec les corps cellulaires de plusieurs neurones, montrés ici encerclés en rouge. (source c : « Was a bee »/Wikimedia Commons)

La terminologie appliquée aux faisceaux d'axones diffère également selon l'emplacement. Un faisceau d'axones, ou de fibres, trouvé dans le SNC est appelé un tractus tandis que la même chose dans le SNP serait appelée un nerf. Il est important de noter que ces termes peuvent tous deux être utilisés pour désigner le même faisceau d'axones. Lorsque ces axones sont dans le SNP, le terme est nerf, mais s'ils sont dans le SNC, le terme est tractus. L'exemple le plus évident est celui des axones qui se projettent de la rétine vers le cerveau. Ces axones sont appelés le nerf optique lorsqu'ils quittent l'œil, mais lorsqu'ils sont à l'intérieur du crâne, ils sont appelés le tractus optique. Il y a un endroit spécifique où le nom change, qui est le chiasma optique, mais ce sont toujours les mêmes axones (Figure 12.5). Une situation similaire en dehors de la science peut être décrite pour certaines routes. Imaginez une route appelée « Broad Street » dans une ville appelée « Anyville ». La route quitte Anyville et se dirige vers la ville voisine, appelée « Hometown ». Lorsque la route traverse la ligne entre les deux villes et se trouve à Hometown, son nom change pour « Main Street ». C'est l'idée derrière la dénomination des axones rétiniens. Dans le SNP, ils sont appelés le nerf optique, et dans le SNC, ils sont le tractus optique. Le Tableau 12.1 aide à clarifier lesquels de ces termes s'appliquent aux systèmes nerveux central ou périphérique.

Figure 12.5 Nerf optique versus tractus optique Ce dessin des connexions de l'œil au cerveau montre le nerf optique s'étendant de l'œil au chiasma, où la structure continue comme le tractus optique. Les mêmes axones s'étendent de l'œil au cerveau à travers ces deux faisceaux de fibres, mais le chiasma représente la frontière entre le périphérique et le central.

Divisions fonctionnelles du système nerveux

Le système nerveux peut également être divisé sur la base de ses fonctions, mais les divisions anatomiques et les divisions fonctionnelles sont différentes. Le SNC et le SNP contribuent tous deux aux mêmes fonctions, mais ces fonctions peuvent être attribuées à différentes régions du cerveau (telles que le cortex cérébral ou l'hypothalamus) ou à différents ganglions à la périphérie. Le problème avec la tentative d'intégrer les différences fonctionnelles dans les divisions anatomiques est que parfois la même structure peut faire partie de plusieurs fonctions. Par exemple, le nerf optique transporte des signaux de la rétine qui sont utilisés soit pour la perception consciente des stimuli visuels, qui a lieu dans le cortex cérébral, soit pour les réponses réflexes du tissu musculaire lisse qui sont traitées par l'hypothalamus.

Il existe deux façons de considérer comment le système nerveux est divisé fonctionnellement. Premièrement, les fonctions de base du système nerveux sont la sensation, l'intégration et la réponse. Deuxièmement, le contrôle du corps peut être somatique ou autonome — des divisions qui sont largement définies par les structures impliquées dans la réponse. Il existe également une région du système nerveux périphérique appelée système nerveux entérique qui est responsable d'un ensemble spécifique de fonctions dans le domaine du contrôle autonome lié aux fonctions gastro-intestinales.

Contrôle du corps

Le système nerveux peut être divisé en deux parties principalement sur la base d'une différence fonctionnelle dans les réponses. Le système nerveux somatique est responsable de la perception consciente et des réponses motrices volontaires. Une réponse motrice volontaire signifie la contraction du muscle squelettique, mais ces contractions ne sont pas toujours volontaires dans le sens où vous devez vouloir les exécuter. Certaines réponses motrices somatiques sont des réflexes, et se produisent souvent sans décision consciente de les exécuter. Si votre ami surgit de derrière un coin et crie « Bouh ! », vous serez surpris et vous pourriez crier ou bondir en arrière. Vous n'avez pas décidé de le faire, et vous n'avez peut-être pas voulu donner à votre ami une raison de rire à vos dépens, mais c'est un réflexe impliquant des contractions musculaires squelettiques. D'autres réponses motrices deviennent automatiques (en d'autres termes, inconscientes) à mesure qu'une personne acquiert des compétences motrices (appelées « apprentissage par l'habitude » ou « mémoire procédurale »).

Le système nerveux autonome est responsable du contrôle involontaire du corps, généralement dans le but de l'homéostasie (régulation de l'environnement interne). L'entrée sensorielle pour les fonctions autonomes peut provenir de structures sensorielles réglées sur des stimuli environnementaux externes ou internes. La sortie motrice s'étend aux muscles lisses et cardiaques ainsi qu'au tissu glandulaire. Le rôle du système autonome est de réguler les systèmes d'organes du corps, ce qui signifie généralement contrôler l'homéostasie. Les glandes sudoripares, par exemple, sont contrôlées par le système autonome. Lorsque vous avez chaud, la transpiration aide à refroidir votre corps. C'est un mécanisme homéostatique. Mais lorsque vous êtes nerveux, vous pourriez aussi commencer à transpirer. Ce n'est pas homéostatique, c'est la réponse physiologique à un état émotionnel.

Il existe une autre division du système nerveux qui décrit les réponses fonctionnelles. Le système nerveux entérique est responsable du contrôle des muscles lisses et du tissu glandulaire de votre système digestif. Il constitue une grande partie du SNP et ne dépend pas du SNC. Il est parfois valable, cependant, de considérer le système entérique comme faisant partie du système autonome car les structures neurales qui composent le système entérique sont une composante de la sortie autonome qui régule la digestion. Il existe des différences entre les deux, mais pour nos besoins ici, il y aura un bon chevauchement. Voir la Figure 12.6 pour des exemples d'endroits où ces divisions du système nerveux peuvent être trouvées.

Figure 12.6 Structures somatiques, autonomes et entériques du système nerveux Les structures somatiques comprennent les nerfs spinaux, les fibres motrices et sensorielles, ainsi que les ganglions sensoriels (ganglions des racines postérieures et ganglions des nerfs crâniens). Les structures autonomes se trouvent également dans les nerfs, mais incluent les ganglions sympathiques et parasympathiques. Le système nerveux entérique comprend le tissu nerveux au sein des organes du tube digestif.

Lien interactif

Visitez ce site pour lire l'histoire d'une femme qui remarque que sa fille a du mal à monter les escaliers. Cela conduit à la découverte d'une condition héréditaire qui affecte le cerveau et la moelle épinière. Les tests d'électromyographie et d'IRM ont indiqué des déficiences dans la moelle épinière et le cervelet, tous deux responsables du contrôle des mouvements coordonnés. À quelle division fonctionnelle du système nerveux ces structures appartiendraient-elles ?

Lien avec le quotidien

Combien de votre cerveau utilisez-vous ?

Avez-vous déjà entendu l'affirmation selon laquelle les humains n'utilisent que 10 % de leur cerveau ? Peut-être avez-vous vu une publicité sur un site web disant qu'il existe un secret pour libérer tout le potentiel de votre esprit — comme si 90 % de votre cerveau restait inactif, attendant juste que vous l'utilisiez. Si vous voyez une telle publicité, ne cliquez pas. Ce n'est pas vrai.

Un moyen facile de voir quelle proportion du cerveau une personne utilise est de prendre des mesures de l'activité cérébrale lors de l'exécution d'une tâche. Un exemple de ce type de mesure est l'imagerie par résonance magnétique fonctionnelle (IRMf), qui génère une carte des zones les plus actives et peut être générée et présentée en trois dimensions (Figure 12.7). Cette procédure est différente de la technique IRM standard car elle mesure les changements dans le tissu en fonction d'une condition ou d'un événement expérimental.

Figure 12.7 IRMf Cette IRMf montre l'activation du cortex visuel en réponse à des stimuli visuels. (source : « Superborsuk »/Wikimedia Commons)

L'hypothèse sous-jacente est qu'un tissu nerveux actif aura un débit sanguin plus important. En demandant au sujet d'effectuer une tâche visuelle, l'activité dans tout le cerveau peut être mesurée. Considérez cette expérience possible : on dit au sujet de regarder un écran avec un point noir au milieu (un point de fixation). Une photographie d'un visage est projetée sur l'écran, loin du centre. Le sujet doit regarder la photographie et déchiffrer ce que c'est. Le sujet a été instruit d'appuyer sur un bouton si la photographie est celle de quelqu'un qu'il reconnaît. La photographie pourrait être celle d'une célébrité, donc le sujet appuierait sur le bouton, ou elle pourrait être celle d'une personne aléatoire inconnue du sujet, donc le sujet n'appuierait pas sur le bouton.

Dans cette tâche, les aires sensorielles visuelles seraient actives, les aires d'intégration seraient actives, les aires motrices responsables du mouvement des yeux seraient actives, et les aires motrices pour appuyer sur le bouton avec un doigt seraient actives. Ces aires sont distribuées dans tout le cerveau et les images IRMf montreraient une activité dans plus de 10 % du cerveau (certaines preuves suggèrent qu'environ 80 % du cerveau utilise de l'énergie — basée sur le débit sanguin vers le tissu — lors de tâches bien définies similaires à celle suggérée ci-dessus). Cette tâche n'inclut même pas toutes les fonctions que le cerveau exécute. Il n'y a pas de réponse linguistique, le corps est principalement immobile dans l'appareil IRM, et elle ne prend pas en compte les fonctions autonomes qui seraient en cours en arrière-plan.