Bien qu’il joue un rôle central dans le contrôle du mouvement et de l’expression de nos capacités mentales, notre connaissance du cervelet est limitée. Bien que le cervelet soit petit, il est extrêmement bien connecté au cerveau et à son cortex et représente plus de cinquante pour cent des neurones de l’ensemble du cerveau. Cependant, on sait peu de choses sur son relais le plus important vers le cortex cérébral, le noyau denté. Cet amas de corps de cellules neuronales densément emballés intègre les informations traitées par le cervelet et les envoie au cerveau. Les scientifiques de l’Institut Max Planck pour les Sciences Cognitives et Cérébrales Humaines (MPI CBS) de Leipzig ont maintenant réussi à cartographier une partie importante des voies se connectant à ce contrôle central — et ont ainsi amélioré notre compréhension du « cœur du cerveau ».
De la taille d’une balle de tennis, le cervelet se trouve tout à l’arrière de nos crânes sous les deux hémisphères visuels du cerveau, composés de matière grise et blanche. Bien que le cervelet soit traditionnellement connu comme une région importante pour les fonctions motrices, des preuves récentes ont montré qu’il est également impliqué dans des domaines plus cognitifs tels que le langage et les émotions. En tant que telles, les blessures au cervelet pourraient entraîner des troubles du langage ou des troubles émotionnels importants, ou rendre impossibles des mouvements précis tels que soulever un verre d’eau à la bouche.
L’une de ses structures les plus importantes, située profondément à l’intérieur du cervelet et dotée d’un aspect dentelé de sa bande externe de matière grise, est le noyau dentelé. Cette agglomération de corps de cellules nerveuses traite les informations envoyées du cervelet au cortex cérébral, de la même manière qu’une interface. Bien que nous sachions que le noyau denté est le principal noyau de sortie du cervelet, jusqu’à présent, il n’était pas clair comment la matière grise du cervelet, à savoir son cortex et ses différentes régions fonctionnelles, est connectée au noyau denté.
La connectivité du cervelet. © A. Anwander / MPI CBS
« Nous avons maintenant pu reconstruire les connexions transportant les données des différentes régions de la matière grise corticale cérébelleuse vers le noyau denté », explique Christopher J. Steel, premier auteur de la publication originale. « Cette étude a été la première à montrer que les deux types de fonctions — contrôle du mouvement et expression de nos capacités mentales — qui sont largement séparées dans le cortex cérébelleux le sont également largement au sein du noyau dentelé. »
Par conséquent, ces résultats mettent en lumière l’importance de la connectivité des fibres motrices et non motrices dans les boucles d’information entre le cervelet et le cerveau qui sous-tendent les contributions du cervelet au comportement.
Cette connaissance n’est pas seulement cruciale pour les interventions chirurgicales ou en cas de blessures, mais aussi pour une meilleure compréhension de l’évolution du cerveau. Cela suggère que la connectivité du cervelet a également évolué pour suivre les changements dans le cortex humain qui se sont produits au cours de l’évolution des primates non humains aux primates humains.
Jusqu’à présent, la plupart des connaissances sur le câblage du cervelet ont été acquises par le traçage invasif et fastidieux des voies de la substance blanche chez les primates non humains. Contrairement à cela, Steele et ses collègues ont utilisé une méthode non invasive chez des humains éveillés qui pourrait suivre cette connectivité sans traceurs ni autres techniques invasives: la combinaison de l’imagerie par résonance magnétique pondérée par diffusion (IRM-DW) et de la tractographie probabiliste. Ce dernier est capable de reconstruire le trajet approximatif des voies de substance blanche dans le cerveau en mesurant les mouvements de diffusion précis des molécules d’eau.
« Avec ces résultats, nous espérons également fournir un modèle pour d’autres études sur le câblage du cervelet et du reste du cerveau », explique Alfred Anwander, co-auteur de l’étude, qui a traduit les données IRM en images 3D et en courtes vidéos scientifiques. En regardant ces images, le neuroscientifique Steel ajoute: « Compte tenu de sa connectivité avec le cortex et de sa ressemblance frappante avec une section transversale tournée à 90 degrés du cœur humain, le cervelet peut même être considéré comme « le cœur du cerveau. »
Tractographie du cervelet
Cœur du cerveau
Plus d’informations:
Voir une animation interactive du cervelet ici.
Publication originale :
Christopher Steele, Alfred Anwander, Pierre-Louis Bazin, Robert Trampel, Andreas Schäfer, Robert Turner, Narender Ramnani et Arno Villringer
L’imagerie par diffusion sub-millimétrique cérébelleuse humaine révèle la topographie motrice et non motrice du noyau denté
Cortex cérébral (2016)
Max. Institut Planck pour les Sciences Cognitives et Cérébrales Humaines
