Les cellules des tissus cérébraux


Cette énergie est nécessaire au fonctionnement de plus de 100 milliards de cellules, entre 200 et 500 milliards selon les estimations les plus fiables, qui composent le cerveau: 10 à 20 % sont des neurones, cellules qui supportent et transmettent l'information; 40 % sont des astrocytes, cellules gliales impliquées dans le stockage et la libération du glucose destiné aux neurones, ainsi que dans de nombreuses autres fonctions encore mal connues; 20 % sont des oligodendrocytes, cellules responsables de la synthèse de la myéline, une gaine protéolipidique entourant tel un manchon la fibre principale (axone) de nombreux neurones, permettant ainsi une transmission de l'influx nerveux accélérée de 100 fois; les 20 à 30 % restants sont composés de multiples types cellulaires, telles les cellules microgliales, support du système immunitaire spécifique du système nerveux central, ou les cellules endothéliales, qui forment les vaisseaux sanguins cérébraux et établissent une barrière hémato-encéphalique particulièrement étanche entre le système nerveux et le reste de l'organisme.

Il s'agit là d'approximations globales, et la proportion des différents types cellulaires varie selon les régions du cerveau. Par exemple, la densité des corps cellulaires et des fibres des neurones est forte au sein de la substance grise qui constitue l'écorce des hémisphères cérébraux, ou noyaux gris centraux, tandis que la substance blanche sous-corticale tire son nom d'une composition restreinte aux oligodendrocytes, aux astrocytes et aux faisceaux de fibres neuronales.

 

Les régions intervenant dans l'activité cérébrale

Les neurones et les cellules gliales sont donc les unités de base du cerveau. Ils s'assemblent en sous-ensembles qui déterminent l'activité cérébrale. Sur un plan anatomique, on peut diviser le système nerveux central en moelle épinière et cerveau.

 

Le cerveau comprend alors les hémisphères, symétriques et séparés par un profond sillon central, le cervelet, situé en arrière des hémisphères, et le tronc cérébral, qui relie ces structures à la moelle épinière.

L'ensemble est en suspension dans le liquide céphalo-rachidien (LCR), ce qui d'une part annule la masse apparente du cerveau (principe de la poussée d'Archimède) et d'autre part le protège des chocs légers contre la cavité dure qui l'abrite, le crâne. Le LCR, qui circule également au centre du cerveau par une série de cavités communicantes, ou ventricules, en sort par les trous de Monro et de Luschka et repasse autour du cerveau et de la moelle avant d'être résorbé. Ce liquide se renouvelle continuellement, et son prélèvement par ponction lombaire fournit de précieuses indications sur l'état du système nerveux central, en particulier lors d'épisodes infectieux ou inflammatoires.

 

Les moyens d'étude du cerveau

L'étude d'un organe tel que le cerveau nécessite d'envisager d'abord le niveau de complexité auquel on s'intéresse. À l'échelle moléculaire et cellulaire, les cellules nerveuses expriment toute une gamme de spécificités qu'il s'agit de mettre en évidence. Ainsi, la transmission de l'information par les neurones se fait sous forme d'influx électrique, le plus souvent depuis le corps cellulaire du neurone vers ses extrémités, converti en un signal chimique dans l'espace situé entre deux neurones, la synapse. L'étude de plusieurs neurones impliqués dans une même fonction fait passer à l'échelle de réseau, ou circuit, puis à une action spécialisée du cerveau, comme les mécanismes de l'apprentissage et de la mémoire, si l'analyse porte sur le circuit septo-hippocampique. Les méthodes et les concepts utilisés sont différents selon que l'on s'intéresse à une molécule (biologie moléculaire) ou à une fonction (psychologie).

 

Traditionnellement, les deux grandes branches complémentaires de la neurobiologie sont l'anatomie et la physiologie. La première décrit les différents éléments du cerveau et la façon dont ils sont assemblés, la seconde cherche à savoir comment ils fonctionnent. En fait, les techniques actuelles rendent assez artificielles et caduques ces distinctions. Il n'est toutefois pas sans intérêt de retracer quelques-unes des étapes fondamentales par lesquelles s'est construite la connaissance de la structure du cerveau.

 

L'évolution des études anatomiques du cerveau

Les techniques de dissection et d'analyse à l'œil nu du cerveau existent depuis les travaux de l'école d'Alexandrie (Hérophile, Érasistrate) au IIIe siècle av. J.-C. Dès cette époque sont décrits les hémisphères avec leurs cavités (les ventricules) et les circonvolutions qui plissent leur surface. Ces travaux vont bouleverser la conception du corps humain jusque-là fondée, depuis Aristote et Hippocrate, sur l'idée que le cœur est le siège de la pensée, de l'action et le chef d'orchestre du corps. Hérophile montre que les nerfs sont distincts des vaisseaux et qu'ils sont issus du cerveau et de la moelle épinière. Les médecins de l'Antiquité décrivent également des nerfs «du mouvement» et «de la sensation». Enfin, observant que le cerveau humain est plus riche en circonvolutions que celui des animaux, ils suggèrent que le cortex cérébral pourrait être le siège de l'intelligence. Il faudra vingt siècles à l'Europe pour retrouver puis dépasser ces connaissances.

 

 

Les neurones vus au microscope

C'est à la fin du XIXe siècle que les neuroanatomistes établissent que le neurone est l'unité fonctionnelle fondamentale du système nerveux, grâce à deux avancées technologiques: le microscope et la coloration argentique. Un neurone est une sorte de pieuvre dont le corps ne mesure pas plus de 10 à 20 Ym mais qui étale des «tentacules», axones ou dendrites, jusqu'à 1 m de distance. De plus, les ramifications des différents neurones s'enchevêtrent pour former un feutrage dense et indistinct quand tous les neurones sont colorés.

 

Camillo Golgi, professeur d'histologie et de pathologie générale à l'université de Pavie (Italie), découvre vers 1875 une méthode, inspirée de la photographie, qui utilise le nitrate d'argent pour colorer une petite partie des neurones. Au microscope, chaque cellule colorée en surface devient ainsi distinguable du tissu environnant. Il était dès lors possible de dresser un catalogue des différents neurones et de leur organisation. Ce fut l'œuvre immense de Santiago Ramón y Cajal, qui fait encore souvent référence aujourd'hui, en particulier le classique Histologie du système nerveux de l'homme et des vertébrés (1904).

 

L'architecture du cerveau selon Cajal

Jusqu'à Cajal, les «réticularistes», pour lesquels les cellules nerveuses sont soudées les unes aux autres en un réseau continu, s'opposaient aux «cellularistes», selon lesquels chaque cellule nerveuse est individualisée. La seconde théorie n'expliquait pas le passage de l'information d'une cellule à l'autre. Cajal démontra sans ambiguïté cette individualité et l'existence d'une structure spécialisée au niveau de laquelle se font les échanges entre cellules, la synapse. De plus, par un travail expérimental immense, il put décrire une véritable architecture du cerveau mettant en évidence des séries d'interconnexions entre différentes régions et les circuits par lesquels se font ces liaisons.

 

 

Les techniques modernes d'exploration du cerveau

Si, au cours du XXe siècle, les méthodes neuroanatomiques ont peu varié, depuis 1950 elles se sont affinées à une vitesse impressionnante. Ici encore le progrès technologique est venu ouvrir de nouveaux horizons.

 

Les méthodes de coloration après destruction sélective ont montré des terminaisons nerveuses à de grandes distances du corps cellulaire; puis les techniques ont utilisé les processus du transport d'acides aminés radioactifs, d'enzymes telles que la peroxydase du raifort (plante vivace) ou encore de virus. Ainsi, aujourd'hui encore de nouvelles connexions entre les régions cérébrales sont découvertes.