L’encéphale est la partie du système nerveux central qui est contenue dans le crâne. Le cerveau en est la partie la plus importante.
L’espèce humaine possède le cerveau le plus volumineux de tous les animaux si on rapporte son volume à celui du corps entier. Ce sont les performances du cerveau humain qui expliquent que l’espèce humaine ait pris le pas sur toutes les autres espèces animales au cours de l’évolution.
Crâne
Commençons par le contenant, à savoir le crâne, qui est la partie supérieure du squelette humain, en raison de la station debout. Le crâne est la partie osseuse de la tête, dite extrémité céphalique, laquelle représente environ 1/8 du poids corporel. Le crâne repose sur la première vertèbre cervicale, l’atlas, ainsi nommé en référence au Titan Atlas qui, selon la Théogonie (livre dans lequel Hésiode, poète grec du VIIIème siècle avant J.C., donne sa version de la mythologie), avait été condamné par Zeus à porter la sphère céleste sur ses épaules à la suite de la défaite des Titans contre les Dieux de l’Olympe.
Le crâne est un ensemble d’os que l’on divise en deux parties, la boîte crânienne (également appelée neurocrâne) et le massif facial (le viscérocrâne).
A) La boîte crânienne
La boîte crânienne est elle-même divisée en deux parties, la voûte et le plancher, ou base du crâne.
1) La voûte
Elle est aussi appelée calvaria, terme à vrai dire peu répandu), est constituée d’os soudés entre eux par des sutures très solides, qui proviennent de la fermeture des fontanelles présentes chez le nourrisson. Certains os sont médians, donc en exemplaire unique : le frontal et l’occipital ; d’autres sont latéraux, allant par paires : le pariétal et le temporal. Ces os forment quatre pôles, deux médians et deux latéraux :
- pôle fronto-orbitaire en avant (l’os frontal associé à l’ethmoïde et au sphénoïde, tous deux médians) ; ce pôle est percé de cavités pneumatiques, les sinus ;
- pôle occipital en arrière (os occipital) ;
- les tempes (os pariétal et temporal), parties les plus fragiles de la boîte crânienne.
2) La base du crâne, ou plancher
Elle est constituée de trois fosses crâniennes : l’antérieure, la moyenne et la postérieure. Le plancher du crâne est percé d’un certain nombre d’orifices destinés au passage d’éléments vasculo-nerveux importants, notamment les douze paires de nerfs crâniens (de I à XII). Le plus grand de ces trous, appelé foramen magnum ou trou occipital, permet le passage de la moelle épinière et des artères vertébrales.
B) Le massif facial
Il compte quatorze os, certains uniques comme le vomer (os du nez) et la mandibule (ou mâchoire inférieure), d’autres présents par paires : les os lacrymaux, maxillaires (la mâchoire supérieure), nasaux (os propres du nez, OPN), palatins (le palais osseux), zygomatiques (également appelés os malaires, autrement dit os de la joue) et les cornets nasaux inférieurs. Il faut y rajouter les trois petits os de chaque oreille interne ou osselets, à savoir le marteau, l’enclume et l’étrier, qui est le plus petit os du corps humain.
Il existe des maladies spécifiques du crâne, mais les affections les plus fréquentes à ce niveau sont les traumatismes crâniens, dont la gravité tient au fait qu’ils sont en fait des traumatismes cérébraux.
Système nerveux central
Le système nerveux central (SNC) est constitué par l’encéphale, contenu dans la boîte crânienne, et la moelle épinière, également dénommée moelle spinale, située dans le canal médullaire de la colonne vertébrale. Il est relayé aux organes par le système nerveux périphérique, constitué du système nerveux somatique et du système nerveux autonome, lequel comprend les systèmes nerveux sympathique et parasympathique, ainsi que le système nerveux entérique. Un article de cette encyclopédie est consacré au système nerveux autonome.
Le système nerveux périphérique est constitué par les ganglions nerveux et les nerfs issus du cerveau (les nerfs crâniens, à l’exception du nerf optique et de la rétine, qui appartiennent au système nerveux central), et par la moelle spinale (les nerfs rachidiens).
Ce système nerveux est dit central parce qu’il centralise les informations en provenance de la périphérie, pour ensuite agir sur ces mêmes organes périphériques.
Encéphale
Comme l’indique l’étymologie grecque, en képhalé, qui veut dire « dans la tête », l’encéphale est la partie du SNC qui se trouve dans la boîte crânienne, position qui en fait un viscère. L’encéphale est protégé par les méninges et par le liquide cérébrospinal (LCS, anciennement liquide céphalorachidien ou LCR).
Il est constitué par les quatre régions suivantes :
- Le cerveau, partie de loin la plus volumineuse de l’encéphale, divisé en télencéphale et diencéphale. Le télencéphale, ce sont les deux hémisphères cérébraux ; le diencéphale, qui est situé juste au-dessus du tronc cérébral, est constitué par le thalamus, l’hypothalamus, l’épithalamus et le sous-thalamus.
- Le tronc cérébral, constitué par le bulbe rachidien, le pont et le mésencéphale. Il est relié au cerveau par les pédoncules cérébraux du mésencéphale, et au cervelet par les pédoncules cérébelleux. Il se poursuit par la moelle épinière. Le tronc cérébral est le lieu d’émergence de dix des douze paires de nerfs crâniens (de III à XII).
- Le cervelet, placé sous le cerveau et en arrière du tronc cérébral.
Pendant l’embryogenèse (la formation des organes chez l’embryon puis le fœtus), l’encéphale est initialement constitué par trois structures, qui sont, d’arrière en avant, le rhombencéphale, qui prolonge la moelle spinale, le mésencéphale et le prosencéphale, autrement dit les cerveaux postérieur, moyen et antérieur. Seul le terme mésencéphale se retrouve dans la nomenclature du cerveau définitif.
- Le rhombencéphale se divise ensuite en deux entités, le myélencéphale, qui donnera naissance au bulbe rachidien puis à une partie du tronc cérébral, et le métencéphale, à l’origine du cervelet et de la protubérance annulaire, qui deviendra une autre partie du tronc cérébral.
- Le mésencéphale participe à la constitution du tronc cérébral, notamment les pédoncules cérébraux.
- Le prosencéphale donne naissance au télencéphale et au diencéphale, c’est-à-dire au cerveau.
Chacun de ces organes a des fonctions propres :
- Le cervelet gère l’équilibre et la coordination des mouvements.
- Le tronc cérébral contrôle l’activité du cœur et des poumons, autrement dit les fonctions végétatives, dont l’arrêt est incompatible avec la vie. Les phénomènes décrits dans les expériences de mort imminente proviendraient du tronc cérébral.
- Les fonctions du cerveau sont étudiées dans le paragraphe suivant. Il s’agit essentiellement des fonctions cognitives.
Il existe une structure cérébrale appelée improprement rhinencéphale, dont le nom exact est le système limbique. L’appellation rhinencéphale s’explique par le fait que le nerf olfactif (nerf crânien N°1) y termine son trajet.
Anatomie du cerveau
Le cerveau est la partie la plus volumineuse de l’encéphale (environ 1,3 Kg). Le profane, qui ignore souvent le terme encéphale, utilise en général le mot cerveau (et l’adjectif cérébral), pour désigner ce qui concerne l’encéphale. Comme cela vient d’être dit, le cerveau est divisé en télencéphale et diencéphale, qui proviennent tous deux du prosencéphale embryonnaire.
A) Le télencéphale
Le télencéphale comporte deux hémisphères, un droit et un gauche, dont les fonctions sont bien différenciées. Ils sont reliés par une structure médiane appelée corps calleux. Le cerveau est constitué de deux types de substances, la grise et la blanche, celle-ci plus abondante que celle-là. La différence de couleur tient à ce que les corps cellulaires des neurones se trouvent dans la substance grise, et les axones dans la substance blanche. La « matière grise » (expression souvent employée pour parler de l’intelligence d’un individu) contient donc les fameuses « petites cellules grises » chères au détective belge créé par Agatha Christie, le célèbre Hercule Poirot.
Le cortex cérébral est donc composé de substance grise située en périphérie de chaque hémisphère. Les parties les plus anciennes du cortex cérébral (archi et paléocortex) comportent trois couches ; les parties les plus récentes (le néocortex) en comptent six. Son épaisseur varie de 1 mm à 4,5 mm en fonction du nombre de couches. Afin de pouvoir trouver sa place dans le crâne, le cortex est plissé par des sillons (ou scissures) qui en augmentent considérablement la surface. Cette disposition est dite gyrencéphale, par opposition au lissencéphale de la plupart des animaux. Ces scissures délimitent les circonvolutions cérébrales. Les plus profondes d’entre elles divisent le cortex en lobes : frontal, insulaire, pariétal, occipital et temporal. On estime que le cortex contient 16 des 86 milliards de neurones du cerveau humain.
On notera qu’il existe également un cortex cérébelleux.
B) Le diencéphale
Le diencéphale est de la substance grise constituée par le thalamus, l’hypothalamus, qui inclut la neurohypophyse, l’épithalamus qui comprend plusieurs structures dont la glande pinéale ou épiphyse, enfin le sous-thalamus. Toutes ces structures participent à la régulation du système nerveux autonome, du système endocrinien ainsi que du sommeil
1) Thalamus
Le thalamus est la partie la plus volumineuse du diencéphale. Il se présente sous forme de deux masses ovoïdes situées de part et d’autre du 3ème ventricule. Pratiquement tous les influx nerveux envoyés au cortex passent par les noyaux thalamiques. De ce fait, le thalamus joue un rôle essentiel dans la sensibilité, la motricité, la vigilance, et dans les circuits d’intégration de l’affectivité, de l’humeur et de la mémoire. Sur le plan fonctionnel on distingue deux systèmes thalamiques, l’un « spécifique » (STS) et l’autre dit « non spécifique » (STNS).
2) Hypothalamus
Comme son nom l’indique, l’hypothalamus est situé sous le thalamus, juste au-dessus du tronc cérébral. Chez l’homme, il a à peu près la taille d’une amande. Grâce aux connexions qu’il établit avec l’hypophyse (axe hypothalamo-hypophysaire), l’hypothalamus contrôle divers processus métaboliques concourant à l’homéostasie, ainsi que l’activité du système nerveux autonome. Les neurohormones hypothalamiques stimulent ou inhibent la sécrétion d’hormones hypophysaires. L’hypothalamus participe également au contrôle de plusieurs fonctions comportementales comme la thermorégulation ou le rythme circadien.
3) Épithalamus
Là aussi, le nom de cette structure indique qu’elle est située au-dessus du thalamus. L’épithalamus est formé de l’habenula, de la strie médullaire et de l’épiphyse, ou glande pinéale, glande endocrine responsable de la synthèse nocturne de la mélatonine, neurohormone impliquée dans le sommeil. Par l’habenula, l’épiphyse participe à au contrôle de la faim et de la soif.
Histologie cérébrale : les cellules du cerveau
Entre la neuroanatomie descriptive et la neurophysiologie se situe l’histologie, discipline qui étudie la composition des différents tissus, ici le tissu cérébral, fait de deux types de cellules, les neurones et les cellules gliales.
Les cellules gliales (ou névroglie) sont des cellules de soutien qui assurent différentes fonctions dont le métabolisme du cerveau et la production de la myéline. Elles constituent l’environnement des neurones. Les cellules gliales sont de quatre types différents : les astrocytes, les oligodendrocytes, les cellules de Schwann et la microglie. Elles sont particulièrement nombreuses dans le cortex cérébral. Les tumeurs malignes développées aux dépens des cellules gliales sont des glioblastomes, probablement la forme la plus dramatiquement grave de tous les cancers.
Les neurones sont les cellules spécialisées dans le traitement de l’information nerveuse. Ils sont constitués d’un corps cellulaire, située dans la substance grise, et d’un prolongement protoplasmique appelé axone, qui conduit sur toute sa longueur l’influx nerveux appelé potentiel d’action. La plupart des axones sont enveloppés d’une gaine de myéline, substance qui accélère la vitesse de propagation des potentiels d’action. Cette myéline est responsable de la couleur de la substance blanche. Les axones occupent la plus grande partie de la matière cérébrale (autrement dit il y a nettement plus de substance blanche que de grise). Les axones sont regroupés en faisceaux de fibres nerveuses. Le plus connu d’entre eux est le faisceau pyramidal, qui regroupe les axones moteurs qui transmettent la commande motrice depuis le cortex cérébral jusqu’aux motoneurones de la corne antérieure de la moelle épinière.
Il est amusant de constater que la tumeur bénigne appelée neurinome de l’acoustique ne se développe pas aux dépens des neurones, comme son nom inciterait à le penser, mais des cellules de Schwann du nerf auditif (il s’agit donc en réalité d’un schwannome).
Les neurosciences cognitives ont permis la mise en évidence des « neurones miroir », qui sont actifs quand un individu exécute une action aussi bien que lorsqu’il regarde un autre individu exécuter cette même action. Ces neurones miroirs expliqueraient le fait que l’on ait irrésistiblement envie de bailler en regarder quelqu’un bailler, phénomène connu de tous.
Neurophysiologie cérébrale : les synapses, les neurotransmetteurs et les neuromédiateurs
Le point de jonction entre l’axone d’un neurone et une cellule, qu’il s’agisse ou pas d’un neurone, s’appelle une synapse. Chaque axone peut posséder plusieurs milliers de synapses. La synapse permet le passage de l’influx d’une cellule à l’autre grâce à la libération d’une substance chimique appelée neurotransmetteur, qui va se lier aux récepteurs de la cellule-cible pour y exercer une action facilitatrice (augmentation de la fréquence du potentiel d’action au niveau de la cellule-cible) ou inhibitrice. Les principaux neurotransmetteurs sont l’acétylcholine, le GABA (acide gamma-amino butyrique) et le glutamate. Les neurotransmetteurs, produits dans la fente synaptique, sont associés aux neuromédiateurs, qui sont émis dans l’environnement cérébral. Les principaux neuromédiateurs actifs dans le cortex cérébral sont la dopamine, la mélatonine, la noradrénaline et la sérotonine.
Fonctionnement du cerveau
Il existe une théorie actuellement considérée comme obsolète, dite théorie du « cerveau triunique », élaborée dans les années 1950-1960 par le neurophysiologiste américain Paul Maclean, selon laquelle trois cerveaux distincts seraient apparus successivement au cours de l’évolution de l’espèce humaine : le cerveau reptilien ou cerveau archaïque, puis le cerveau paléomammalien, apparenté au cortex limbique, et enfin le cerveau néomammalien, apparenté au néocortex. Cette théorie repose sur l’hypothèse que l’évolution du cerveau humain en trois phases correspondrait à l’apparition des différentes classes phylogénétiques d’animaux.
Les hémisphères cérébraux sont organisés en lobes et en aires. Les lobes ont chacun leur spécialisation : le lobe préfrontal (au fait, pourquoi préfrontal et non pas frontal ?) gère le raisonnement, le langage, la coordination volontaire motrice ; il est considéré comme le siège de l’intelligence humaine ; le lobe pariétal s’occupe de la conscience que l’on a de son corps et de l’espace environnant ; le lobe occipital a en charge l’intégration des messages ; enfin le lobe temporal est le siège de l’audition, de la mémoire et des émotions.
Il existait depuis la Seconde Guerre mondiale une intervention neurochirurgicale qui consistait à couper les liaisons entre le lobe préfrontal et le reste du cerveau. Cette « lobotomie » était indiquée dans le traitement de certaines affections psychiatriques. Au vu des séquelles qu’elle laissait, elle a été abandonnée dans la plupart des pays (mais pas tous) au profit des électrochocs et des neuroleptiques. Ceux qui ont vu l’extraordinaire film de Miloš Forman Vol au-dessus d’un nid de coucou se souviennent que c’est le sort qui attend, à la fin du film, le personnage joué de façon géniale par Jack Nicholson.
Mais de manière plus précise on sait depuis les travaux de Paul Broca que le cortex cérébral est divisé en zones fonctionnelles qui sont appelées aires cérébrales, chacune assurant une fonction cognitive précise. Un article de cette encyclopédie est consacré aux fonctions cognitives.
Trois grands types de zones fonctionnelles ont été identifiés : les aires sensorielles, les aires motrices et les aires d’association.
- Aires sensorielles : trois aires sont dévolues au traitement des données sensorielles : le cortex auditif, situé dans le lobe temporal, le cortex visuel dans le cortex occipital, et le cortex somatosensoriel dans le lobe pariétal.
- Aires motrices : deux zones du cortex frontal sont spécialisées dans la motricité : la principale est l’aire motrice primaire. La surface de cortex associée à un muscle est proportionnelle à la précision des mouvements dont ce muscle est capable ; le pouce y occupe donc une partie très importante.
- Aires d’association : elles représentent la plus grande partie du cortex cérébral, et expliquent la taille du cerveau humain. Leurs fonctions sont très diverses. On les trouve dans trois des lobes cérébraux. Le lobe temporal contient des aires spécialisées dans la mémorisation, le langage ou l’identification des visages. Dans le lobe pariétal se trouve une zone d’association sensorielle qui permet d’avoir une image de l’ensemble de l’environnement. Le lobe frontal est celui qui a subi le plus fort développement chez l’être humain. C’est dans le cortex préfrontal que se situe le siège de l’intelligence humaine.
- Aires de Broca et de Wernicke : l’étude de deux types différents d’aphasie a permis d’identifier deux types d’aires spécialisées. Dans l’aphasie de Broca, c’est une aire motrice du lobe frontal qui est atteinte, l’aire de Broca ; dans l’aphasie de Wernicke, c’est une aire du lobe pariétal qui est altérée, l’aire de Wernicke.
La dissection, par Broca, d’un patient atteint d’aphasie lui avait permis de constater que la lésion responsable était située dans le cerveau gauche. Cette constatation est à l’origine de la croyance populaire non fondée scientifiquement selon laquelle le caractère d’un individu dépendrait de la façon dont il utilise ses deux hémisphères. Une personne dotée d’un tempérament artistique utiliserait plutôt son hémisphère droit, alors qu’un individu plus rationnel serait plutôt « cerveau gauche ». Tout ceci ne repose sur aucune étude sérieuse.
Par ailleurs, on peut regrouper fonctionnellement certaines parties du cerveau. C’est ainsi que certains auteurs parlent, à la suite de Konorski, de « cerveau émotif » pour les interactions qui existent entre le cortex associatif fronto-orbitaire, le système limbique (ou rhinencéphale), le système thalamique non spécifique, l’hypothalamus et la substance réticulée.
On le voit, il y a pas mal d’infox dans les connaissances sur le fonctionnement du cerveau humain.
Les méninges et le liquide cérébrospinal
Les méninges enveloppent et protègent le système nerveux central (encéphale et moelle spinale), mais aussi la partie intracrânienne des nerfs crâniens et les racines des nerfs spinaux. Elles sont au nombre de trois, à savoir, de la profondeur vers la superficie, la pie-mère (adhérente au tissu nerveux), l’arachnoïde et la dure-mère. Les deux premières citées constituent les leptoméninges (méninges molles), la troisième la pachyméninge (méninge dure). La dure-mère est constituée de deux feuillets, dural interne et dural externe, entre lesquels se situe le sinus veineux qui draine le sang veineux du système nerveux central et du crâne vers les veines jugulaires. Quand un hématome post-traumatique se forme au niveau des méninges, il peut être extra-dural ou sous-dural, menaçant le cerveau dans les deux cas. Entre les deux leptoméninges se trouve l’espace subarachnoïdien, dans lequel circule le liquide cérébro-spinal (LCS), naguère (mais à vrai dire encore) appelé liquide céphalo-rachidien (LCR). Ce liquide sert à amortir les chocs lors des mouvements corporels. Au niveau de la moelle (et uniquement à ce niveau) se situe l’espace extra-dural (ou péridural ou épidural), dans lequel l’anesthésiste injecte ses produits lors d’une anesthésie péridurale, une des deux formes d’anesthésie rachidienne (l’autre étant la rachianesthésie). La première est utilisée en analgésie (l’accouchement sans douleur par exemple), la seconde en anesthésie. Les profanes confondent souvent les deux termes, seul le premier étant connu du grand public.
Les ventricules
Les ventricules cérébraux, au nombre de quatre, constituent le système ventriculaire, qui est un ensemble de cavités situées à l’intérieur du cerveau. La paroi des ventricules est tapissée d’un plexus choroïde qui sécrète le liquide cérébrospinal à partir d’éléments présents dans le plasma.
On décrit deux ventricules latéraux, situés chacun au sein d’un hémisphère cérébral, et deux ventricules médians, le troisième, situé dans le diencéphale, au contact des deux parties du thalamus, et le quatrième dans le rhombencéphale. Les ventricules latéraux communiquent avec le troisième ventricule par les foramens interventriculaires, également appelés trous de Monro ; les troisième et quatrième ventricules communiquent entre eux par le biais de l’aqueduc du mésencéphale, joliment appelé aqueduc de Sylvius. Le quatrième ventricule communique avec le canal central de la moelle épinière également appelé canal de l’épendyme.
En cas d’augmentation pathologique du volume des ventricules, on peut assister à une hydrocéphalie (littéralement « de l’eau dans la tête »).
Barrière hémato-encéphalique
La barrière hémato-encéphalique constitue une séparation physiologique entre le système nerveux central et la circulation sanguine. Elle porte aussi les noms de barrière hémo-encéphalique ou hémato-méningée. Sa réalité anatomique n’a été confirmée qu’en 1967, grâce au microscope électronique. Elle protège le cerveau des agents pathogènes, des hormones et des toxines présents dans le sang. Elle constitue un filtre très sélectif, qui laisse passer dans un sens les nutriments dont le cerveau a besoin, et dans l’autre les déchets à éliminer. Revers de la médaille, elle s’oppose au passage de la plupart des médicaments à destination du cerveau.
Neurologie, psychiatrie et neurosciences
La neuroanatomie est chronologiquement la première des neurosciences. Elle comporte deux volets, la neuroanatomie descriptive et la neuroanatomie fonctionnelle. Les premiers travaux de neuroanatomie descriptive datent du XVIème siècle, avec le livre princeps du célèbre André Vésale, De humani corporis fabrica, que ce médecin et anatomiste bruxellois fit paraître en 1543. Dès que les anatomistes disposèrent du microscope, ils purent identifier des cellules, comme les neurones, décrits par Waldeyer, et leurs connexions synaptiques par Cajal ; tous deux ont exercé leurs talents au XIXème siècle, ainsi que Broca, qui comprit, par l’étude de patients atteints d’aphasie, que le langage se formait dans une aire cérébrale précise, à laquelle il a laissé son nom (ainsi qu’à une forme d’aphasie).
Les maladies du système nerveux en général, et du cerveau en particulier, relèvent de la neurologie ou de la psychiatrie, qui étaient naguère une discipline unique, la neuropsychiatrie. Un chapitre de cette encyclopédie est consacré à la neurologie.
On notera une particularité sémantique de la neurologie : alors que des substantifs nommant des maladies sont formés à partir des termes « encéphale » (encéphalopathie, encéphalite), « méninges » (méningite), « moelle » (myélite), ou encore « nerf » (neuropathie, névrite), aucun ne dérive du mot cerveau.
Quant aux neurosciences, très en vogue actuellement, elles bénéficient des très nombreux progrès technologiques des dernières années, notamment en imagerie fonctionnelle. Ces progrès expliquent que le besoin se soit fait sentir de créer à Paris, dans l’enceinte prestigieuse du CHU Pitié Salpêtrière, temple de la neurologie française (c’est là que professait le célèbre Jean-Martin Charcot), un institut de recherche en neurosciences, l’ICM, Institut du Cerveau et de la Moelle épinière.
Reste une question qui ne relève pas de la médecine, et qui n’est pas près (et non pas « prête », comme on l’entend souvent dire !) d’être résolue, même par les chercheurs de l’ICM : l’âme existe-t-elle, et, si oui, où se niche-t-elle pendant la vie et que devient-elle après la mort ?
Article publié le 6 mai 2019