Neurosciences/Le développement du système nerveux

Un livre de Wikilivres.
Sauter à la navigation Sauter à la recherche

Le système nerveux d'un animal est une petite merveille de la nature, qui nécessite l'intervention de nombreux processus très contrôlés pour se former. La formation du système nerveux commence très rapidement, alors que l'enfant est encore dans le ventre de sa mère. Tout commence peu après la conception, dès la troisième semaine après la formation de l’œuf (l'ovule fécondé, pour rappel). Par la suite différents processus vont s'enchainer pour former l'ébauche du système nerveux. Le cerveau et la moelle épinière vont se former, le cerveau va se plisser, des neurones vont se développer, etc. Et cela continue même après la naissance : le cerveau continue de se développer lors de l'enfance, et même lors de l'adolescence. Ce n'est qu'une fois atteint la vingtaine d'années que le système nerveux est plus ou moins stabilisé, même si le vieillissement finit par se faire sentir lors du grand âge. Ce chapitre va expliquer comment ces processus se déroulent, comment ils s'enchainent. Nous verrons aussi que ces processus, bien que très bien faits, peuvent subir divers dysfonctionnements. Les malformations et maladies qui en découlent seront vues à la fin du chapitre.

La formation du système nerveux[modifier | modifier le wikicode]

Cette section décrit le développement embryonnaire du système nerveux des déutérostomiens uniquement, et plus précisément des vertébrés. Il ne tente pas de décrire le développement du système nerveux des organismes plus simples, comme les vers plats, les annélides, les céphalopodes, les arthropodes et autres. Cela ne signifie pas que les scientifiques n'ont pas étudié la formation du système nerveux de ces animaux, des exemples comme l'aplysie ou certains vers du clade C.Elegans. Mais nous ne parlerons pas de ces résultats dans cette section.
Gastrulation.

Nous allons commencer l'abord du développement du système nerveux après que l’ovule soit fécondé. Celui-ci commence alors à se diviser de plus en plus, passant d'une cellule à 2, puis 4, et ainsi de suite jusqu’à 64 : à ce stade l'embryon est ce qu'on appelle une morula, un simple amas de cellules. Par la suite, ces cellules s'organisent : elles forment une couche de cellules qui entoure une sphère pleine d'eau, le blastocyste. Ensuite, le blastocyste s'invagine vers l'intérieur, ce qui fait que le blastocyste se retrouve avec deux couches : l'endoderme à la surface de la sphère et l’ectoderme à l'intérieur. Entre les deux couches, on trouve un vide qui évoluera en se remplissant de cellules : le mésoderme. C'est à ce moment que plusieurs étapes vont se succéder, pour former la première ébauche de système nerveux. Ces étapes sont résumées dans le tableau ci-dessous. Nous allons les détailler dans ce qui suit.

Développement du système nerveux
Étape Description Temps écoulé depuis la conception
Neurulation Individualisation des premiers tissus nerveux. Entre 3 à 4 semaines.
Régionalisation Subdivision du système nerveux en aires distinctes. Entre 5 à 10 semaines.
Développement du cortex Formation des couches du cortex. À partir de la 7ème semaine.
Synaptogenèse Formation des premières synapses et augmentation de leur nombre. Entre 30 semaines à 2 ans.

Neurulation[modifier | modifier le wikicode]

C'est suite à la gastrulation que se forme la première ébauche de système nerveux, via un processus dit de neurulation. Pour commencer, le système nerveux va tout d'abord prendre la forme d'une plaque neurale. Celle-ci est simplement une portion de l'ectoderme localisée à l'endroit où la colonne vertébrale se situera une fois l'embryon grandit. Une fois mise en place, cette plaque va diminuer d'épaisseur. C'est à ce moment que les cellules commencent à se transformer en neurones et cellules gliales. Une fois cet amincissement terminé, l'ensemble forme une gouttière neurale, entourée par des crêtes neurales. Enfin, en guise de troisième étape, la gouttière se plie sur elle-même au point que les deux crêtes se soudent les unes aux autres. La plaque neurale se referme sur elle-même, et forme un tube : le tube neural. Le tube neural et la crête neurale donneront naissance à deux subdivisions différentes du système nerveux. Le premier donne naissance au système nerveux central à savoir le cerveau et à la moelle épinière. Il est appelé ainsi parce qu'il communique avec la quasi-totalité du corps. Il reçoit des sensations de tout le corps, et commande la majorité des muscles. Les neurones de la crête neurale vont se regrouper pour former le système nerveux périphérique, à savoir les nerfs et ganglions spinaux.

Illustration des trois étapes de la neurulation.

Comme on vient de le voir, les cellules de la plaque neurale sont des cellules de l'ectoderme, qui est censé se transformer en épiderme (la peau) lors du développement. Mais les cellules de la plaque neurale ne se transforment pas en cellules de peau, mais en neurones et cellules gliales. Cette spécialisation est gouvernée par la présence ou l'absence de substances chimiques dans le tissu en cours de développement, ces dernières étant appelées des facteurs de différentiation. Dans l'ectoderme, ces facteurs de différentiation poussent les cellules à se transformer en cellules de peau. Mais dans la plaque neurale, d'autres facteurs de différentiation sont produits. Ceux-ci inhibent l'effet des facteurs produit dans le reste de l'ectoderme, annulant leur effet. C’est ainsi que les cellules, non-forcées à se spécialiser en cellules de peau, se développent comme s'il n'y avait pas d'influence extérieure. Le résultat est que ces cellules deviennent des neurones et des cellules gliales. Ainsi, le destin d'une cellule d'ectoderme est de devenir une cellule nerveuse, ce qui n'arrive que si certains facteurs de croissance sont inhibés.

Régionalisation[modifier | modifier le wikicode]

Si on regarde le tube neural en coupe-section, on voit qu'il se subdivise en au moins sections : une section dorsale et une section ventrale, aussi appelées plaques alaires et plaques basales. Les neurones de la section ventrale évoluent en motoneurones, ce qui fait que cette section devient un centre purement moteur. Par contre, la section dorsale voit ses neurones évoluer en neurones sensoriels, rendant cette section purement sensitive. Entre les deux, on trouve une fine zone intermédiaire chargé des sensations et de la motricité viscérale (interne), qui se divise en deux couches respectivement motrices et sensorielles. Cette organisation sera conservée dans la moelle épinière (dans sa substance grise, plus précisément), comme nous le verrons dans quelques chapitres. Cependant, cette subdivision ne résistera pas dans le cerveau, quoiqu'on en retrouve quelques traces dans le tronc cérébral.

Coupe-section du tube neural en développement.

Par la suite, le tube neural va se différencier entre cerveau et moelle épinière. La partie la plus proche de ce qui deviendra la tête grossit progressivement. Elle forme trois vésicules, qui se séparent elles-mêmes en cinq structures, le tout étant illustré dans le schéma ci-dessous. Ces cinq structures restent en place durant toute la vie du cerveau. C'est la raison pour laquelle l'anatomie du cerveau, que nous aborderons plus loin, est essentiellement structurée autour de ces cinq subdivisions.

Système nerveux embryonnaire

Développement du cortex[modifier | modifier le wikicode]

Une fois l'étape de régionalisation terminée, le cerveau va continuer à se développer. Divers processus vont se mettre en place et modifier la forme du cerveau, la position des neurones, et la quantité de synapses. Ces processus portent les noms de neurogenèse, de migration, de gyration et de synaptogenèse. Ils sont décrits succinctement dans le tableau ci-dessous.

Développement du cortex cérébral
Étape Description Temps écoulé depuis la conception
Neurogenèse Fabrication de nouveaux neurones. Entre la 7ème et la 16ème semaine.

Se poursuit marginalement dans le cerveau adulte.

Migration Déplacement des neurones dans leur position définitive.

Séparation du cortex du reste du cerveau.

Entre le 3ème et le 6ème mois.
Organisation Formation des couches du cortex. Entre la 22ème semaine et l'âge de 2 ans.
Gyration Formation des gyrus et sillons à la surface du cortex.

Neurogenèse[modifier | modifier le wikicode]

En premier lieu, les cellules du tube neural vont se diviser et proliférer très rapidement. Leur nombre va fortement augmenter, permettant au cerveau de grossir assez rapidement. Vu leur rythme de division très rapide, on devine que ce sont des cellules-souches, des cellules qui peuvent se diviser indéfiniment et ne « vieillissent » pas. Dans le tube neural, les cellules-souches ne peuvent cependant pas évoluer pour donner tous les types de cellules : elles ne peuvent pas donner des cellules cardiaques ou hépatiques, par exemple. En termes techniques, on dit qu'elles ne sont pas totipotentes. Elles peuvent seulement évoluer en cellules neurales (neurones et cellules gliales). Pour rendre compte de cette spécialisation, on les appelle parfois des neuroblastes, terme plus particulier que celui de « cellule-souche ». Ce terme souligne bien qu'il s'agit de cellules-souche qui ne peuvent évoluer qu'en cellules neurales. Chaque neuroblaste possède certains marqueurs moléculaires, qui induiront son évolution soit en neurones, soit cellules gliales. Les neuroblastes de type 1 vont tous évoluer en neurones, alors que ceux de type 2 évoluent soit en neurones, soit en cellules gliales.

Les neuroblastes vont se diviser régulièrement, chaque division donnant deux cellules-filles. Chaque cellule-fille aura une destinée différente. La première restera un neuroblaste, ce qui garanti qu'une nouvelle cellule-souche sera formée à chaque division. En conséquence, le stock de neuroblastes reste le même, interdisant toute pénurie. L'autre cellule-fille deviendra une cellule précurseur, destinée à devenir une cellule neurale, et vont se spécialiser pour devenir des neurones, des astrocytes ou des oligodendrocytes. Les neuroblastes sont localisés sur les parois des ventricules, dans la zone épendymaire, mais les cellules précurseures vont migrer vers leur position finale. Cette étape de migration sera vue juste dans ce qui suit.

Illustration du processus de neurogenèse. On voit qu'un neuroblaste (cellule-souche neurale) se divise en deux. La division donne un nouveau neuroblaste, et une cellule précurseure neurale (la cellule GMC). Celle-ci évolue en neurones ou en cellules gliales par la suite (ici, en neurones).

La production de cellules neurales est généralement très intense lors du développement, avec un pic de 250 000 neurones crée par secondes au paroxysme. Mais cela ne dura qu'un temps, la production de neurones finissant par s'arrêter dans la quasi-totalité du cerveau. Après la régionalisation, les cellules précurseures seront toutes devenues des neurones ou des cellules gliales. C'est ainsi : les neurones d'un adulte ne se régénèrent pas, sauf dans quelques régions cérébrales qui font exception à la règle. Les zones du cerveau où la neurogenèse continue à l'âge adulte sont limitées à l'hippocampe et au bulbe olfactif, deux zones du cerveau que nous verrons dans quelques chapitres.

Migration[modifier | modifier le wikicode]

Migration des neurones dans le système nerveux central.

Une fois les neurones et cellules gliales formés, ils vont se déplacer jusqu’à leur position finale dans le système nerveux. L'ensemble de ce processus de déplacement est appelé la migration. Au terme de ce processus, les cellules de la crête neurale dans des ganglions spinaux et le système nerveux périphérique. Sur leur chemin, les cellules vont être soumises à différentes substances chimiques, qui les forceront à se spécialiser en récepteur sensoriel, en neurone de ganglion spinal, etc. Les cellules de la crête neurale vont donc donner naissance au système nerveux périphérique en se déplaçant.

Dans le système nerveux central, le processus sera nettement plus compliqué. Dans ce dernier, les neurones vont se déplacer sur des rails, qui les guideront vers leur destination. Ces rails sont des excroissances en forme de T provenant de cellules gliales. Les cellules gliales en question sont appelées des cellules gliales radiales. Les neurones vont s'accoler sur la barre verticale de ce T et remonter progressivement jusqu’à leur position finale. Le résultat de cette migration est une structuration en couches de neurones, qui donne naissance au cortex cérébral. Lors de ce processus, les premiers neurones vont donc former une première couche de neurones, qui sera surmontée par une couche de neurones produits ultérieurement. Cette seconde couche sera ensuite recouverte par une couche produite encore après elle, et ainsi de suite. Cela peut paraitre bizarre, surtout que les neurones sont produits en dessous des couches déjà formées, mais c'est pourtant la réalité. Les neurones produits en dernier vont traverser les couches déjà construites. Le résultat est une organisation en 6 couches pour le néocortex, 3 à 4 pour les paléo et archi-cortex.

Même image que précédemment, mais avec les noms des différentes couches en présence.

Gyration[modifier | modifier le wikicode]

Le cerveau d'un fœtus est ainsi plat dans les premières semaines après sa formation. Mais par la suite, le cortex se replie sur lui-même, ce qui donne naissance aux premiers sillons et gyrus. Les gyrus s'installent alors progressivement avec l'augmentation de la taille du cerveau. Ce développement des circonvolutions est appelé la gyration.

Processus de gyration.

Synaptogenése[modifier | modifier le wikicode]

Maturation du cerveau de 8 à 14 ans.

Après l'étape de migration, les neurones sont à leur position définitive. Les synapses peuvent alors se former. Chaque neurone va former un ou plusieurs axones, qui s'étendront progressivement. Chaque axone se déplacera et sera guidé vers sa cible finale par divers gradients chimiques. Le processus final donne naissance à un grand nombre de synapses, le nombre maximal de synapses étant atteint vers 2 ans. Mais beaucoup de ces synapses sont des synapses « inutiles ». Divers processus liés à la plasticité synaptique vont alors sélectionner les synapses les plus « utiles », les autres périclitant. Ainsi, le nombre de synapse diminue rapidement après 2 ans, avant de se stabiliser. Mais la formation de nouvelles synapses est toujours possible, à tout âge, sous certaines conditions.

Mais outre l'augmentation du nombre de synapses, l'efficacité des synapses existantes va aussi augmenter. Les axones vont progressivement se recouvrir d'une gaine de myéline, fabriquée par les oligodendrocytes. Ce processus de myélinisation se poursuit durant l'enfance et l'adolescence. Il commence d'abord par se faire sentir dans les zones situées à l'arrière du cerveau, pour finir sur les zones situées sous le front. On estime que ce processus se poursuit jusqu'à a fin de l'adolescence, voire jusqu'au début de l'âge adulte.

Maladies liées au développement[modifier | modifier le wikicode]

Le développement du fœtus n'est pas un processus totalement parfait et divers problèmes peuvent survenir. Par exemple, certaines mutations peuvent causer des erreurs de développement assez importantes : il suffit qu'elles touchent un gène impliqué dans la croissance des tissus et leurs développements. De même, la consommation de médicaments ou des carences peuvent perturber le développement. Les conséquences d'un défaut du développement sont assez diverses, les cas les plus graves entrainant un avortement spontané, alors que les variantes moins graves permettent la survie du fœtus sans trop de dommages. Mais quand l'enfant survit, il présente souvent des malformations diverses. Certains organes peuvent mal se développer, et sont alors atteints de dysplasies. Ce terme signifie une malformation, causée par un mauvais développement d'un organe ou d'un tissu précis.

Et les dysplasies peuvent toucher le système nerveux : le cerveau peut ne pas se former, la moelle épinière peut subir des malformations, le cerveau peut ne pas se gyrifier, etc. Si les malformations de la moelle épinière sont les plus fréquentes, le cerveau n'est pas épargné par les troubles développementaux. Et les catégories de malformations cérébrales sont assez nombreuses : entre l'absence totale de cerveau, la non-formation des hémisphères, ou la non-formation des gyrus, il y a de quoi faire ! Ces troubles ont cependant des origines plus diverses que les malformations spinales. La fermeture du tube neural a beau être la seule cause des déformations spinales, elle n'est la cause que d'une seule forme de malformations cérébrales : l'anencéphalie (l'absence totale de cerveau). Les autres malformations naissent plus tard lors du développement, lors des phases de migration, de régionalisation, et de gyration.

Les anomalies de la moelle épinière se manifestent par des troubles moteurs. Le patient est souvent paralysé des jambes, parfois des autres membres, selon la localisation de la lésion. Des troubles sensitifs peuvent compléter le tableau. Par contre, les malformations cérébrales se manifestent autrement. Si certaines entrainent bien des paralysies ou d'autres troubles moteurs, ils sont au second plan par rapport aux troubles cognitifs. Elles entrainent un retard mental, quand elles ne causent pas la mort du fœtus. Celles qui laissent le fœtus survivre engendrent cependant de nombreux déficits neurologiques. Les patients présentent au minimum des troubles des apprentissages, au maximum une déficience mentale grave, avec un QI inférieur à 80. Une épilepsie importante est souvent présente, et elle est généralement réfractaire aux traitements. Les troubles moteurs ou sensoriels sont plus rares, bien que certaines malformations puissent en causer.

Certaines malformations sont d'origine génétique, leur cause étant la présence de variants génétiques particulièrement rares dans les neurones. Leur caractère héréditaire est relativement rare, vu qu'elles sont causées par des mutations spontanées. Mais celles-ci sont relativement rares, surtout en comparaison avec les malformations liées à l'absorption de médicaments ou de drogues. L'absorption de certains médicaments, comme le valproate de sodium ou dépakine, peut notamment entrainer des malformations cérébrales assez marquées. Comme autre exemple, un excès de vitamine A peut empêcher la fermeture du tube neural, entrainant des malformations nommées spina bifida et anencéphalie. Plus rarement, une infection lors de la grossesse peut entrainer une lyssencéphalie, mais ce cas est extrêmement rare. Encore plus rares sont les malformations causées par des problèmes vasculaires, où le cerveau du fœtus est sous-alimenté en sang. Pour résumer, les causes de dysplasies nerveuses sont les suivantes :

  • maladies génétiques ou mutations spontanées ;
  • infections de la mère, lors de la grossesse
  • consommation de médicaments par la mère ;
  • problèmes vasculaires du fœtus.

Dans ce qui va suivre, nous allons voir les diverses malformations dans l'ordre des différentes phases du développement : d'abord celles apparaissant lors de la fermeture du tube neural, puis celles de la phase de régionalisation, puis celle de migration et enfin les anomalies de la gyrification. Cependant, nous ne parlerons pas de certaines déformations vues dans les chapitres précédents, comme l'hydrocéphalie.

Les anomalies de la neurulation[modifier | modifier le wikicode]

Dans certaines circonstances pathologiques, il se peut que le tube neural ne se referme pas. Cette malformation peut toucher le cerveau ou la moelle épinière, les deux donnant des tableaux cliniques très différents : Spina Bifida pour la moelle épinière, anencéphalie pour le cerveau.

L'anencéphalie[modifier | modifier le wikicode]

Illustration de l'aspect d'un bébé anencéphalique.

La non-fermeture du tube neural du côté du cerveau entraine une anencéphalie, à savoir l'absence totale de cerveau et des os du crâne. Plus précisément, c'est le prosencéphale qui manque, le reste du cerveau restant dans la plupart des cas. Les patients atteints n'ont pas les aires cérébrales liées à la pensée, sont sourds, aveugles et insensibles à la douleur. La durée de vie des patients est très faible, limitée à quelques jours, rarement plus de quelques semaines. Elle est causée par un défaut de fermeture du tube neural du côté du cerveau (antérieur). Il est cependant possible d'éviter cette malformation par la consommation de vitamines B9 et B12 par la mère, chez les sujets sains.

La Spina Bifidda[modifier | modifier le wikicode]

La non-fermeture au niveau de la moelle épinière entraine une maladie nommée spina bifida, une malformation des méninges et/ou de la moelle épinière. Il en existe trois formes, qui vont de la plus bénigne à des formes plus graves.

  • La forme la moins grave est appelée Spina Bifida Occulta. Elle se traduit juste par une non-formation de certaines vertèbres, mais n'entraine pas de protrusion des méninges et de la moelle épinière. La moelle épinière n'est juste pas totalement entourée par les vertèbres, ce qui entraine un défaut de protection. Elle est souvent asymptomatique et ne cause pas de problèmes neurologiques. Tout au plus observe-t-on une petite touffe de poils à l'endroit où les vertèbres sont absentes.
  • La forme suivante est le Spina Bifida Aperta, où la moelle épinière et/ou les méninges sont déformées. Il en existe deux types, selon l'atteinte de la moelle épinière et des méninges : une où seules les méninges sont malformées, et une où méninges et moelle épinière sont déformées. Les déficits neurologiques sont possibles, mais plus légers qu'en cas de malformation de la moelle épinière.
    • La forme où seules les méninges sont malformées est appelée le méningocèle, où les méninges sont déformées et forment un petit sac visible dans le dos, mais où la moelle épinière est bien droite.
    • Plus rarement, la moelle épinière est aussi déformée et fait saillie dans le sac méningé : on parle de myéloméningocèle. Des déficits neurologiques moteurs et/ou sensitifs sont systématiquement présents. Le fœtus peut naitre paralysé en dessous de la lésion, par exemple.
Types de Spina Bifida.

Les causes de la Spina Bifida ne sont pas encore connues avec précision, mais les scientifiques ont quelques pistes. Il est notamment soupçonné que des facteurs génétiques influencent l'apparition de la maladie. Mais une seconde piste a été étudié par les scientifiques : la piste des carences vitaminiques. On sait qu'un manque de vitamines B9 (et B12) favorise l'apparition de la malformation. Comme preuve, on sait que l'apport en vitamines B9 et B12 lors de la grossesse réduit la probabilité d'apparition d'une Spina Bifida chez l'enfant à naitre, du moins chez les sujets sains. De même, on sait que certains médicaments favorisent l'apparition d'une Spina Bifida quand ils sont consommés par la mère. Et ces médicaments interférents tous avec le métabolisme de la vitamine B9. C'est le cas de l'aminoptérine, de la carbamazépine et de l'acide valproïque (plus connue sous le nom de Dépakine).

Les anomalies de la régionalisation[modifier | modifier le wikicode]

Après avoir vu les anomalies de l'étape de neurulation, il est temps de passer aux malformations apparaissant lors de l'étape de régionalisation. Il en existe plusieurs, qui peuvent toucher soit le prosencéphale, soit le corps calleux, soit le cervelet. Elles se traduisent par une absence d'hémisphères cérébraux, de cervelet ou de corps calleux. Les manifestations sont assez diverses et dépendent de la maladie.

Les holoprosencéphalies[modifier | modifier le wikicode]

Cyclope.
Holoprosencephalie alobaire.

La première d'entre elle est l'holoprosencéphalie, une malformation du prosencéphale. Elle se traduit par une non-séparation du télencéphale et du diencéphale. De plus, le télencéphale ne se divise pas totalement en deux hémisphères, voire pas du tout, ce dernier restant totalement ou partiellement d'un seul tenant. Dans les cas graves, les ventricules ne se forment pas convenablement et restent fusionnés en un seul super-ventricule. Outre les malformations cérébrales, la forme du visage est aussi touchée. Les yeux sont rapprochés les uns des autres, donnant un aspect assez reconnaissable au fœtus. Dans les cas extrêmes, l'enfant ne possède qu'un seul œil et n'a pas de nez : il a une apparence de cyclope ! Mais ces cas sont relativement rares, les autres enfants n'ayant qu'une malformation partielle du visage et du cerveau. Il faut noter que la malformation du visage trahit la sévérité de la malformation : plus le visage est atteint, plus le cerveau est touché et les déficits neurologiques sévères. Pour être plus précis, on peut distinguer trois formes classiques d'holoprosencéphalie. Suivant le degré de malformation, le cerveau et le visage sont plus ou moins touchés. Voici ces trois formes :

  • L'holoprosencéphalie alobaire est la forme la plus sévère. Le télencéphale est d'un seul tenant, sans hémisphères, ni lobes cérébraux. Les lobes frontaux, pariétaux, temporaux et occipitaux sont fusionnés en un seul lobe qui recouvre la totalité de l'encéphale. Naturellement, le corps calleux ne s'est pas formé, vu qu'il n'y a pas d'hémisphères. Outre le télencéphale, le thalamus et le reste du diencéphale ne sont pas subdivisés en deux hémisphères. Enfin, les différents ventricules sont aussi fusionnés en un seul ventricule unique. Ce sont ces formes qui peuvent donner des cas de cyclopie, bien que ce soit assez rare. Dans la plupart des cas, le visage est fortement déformé et les yeux sont très proches les uns des autres (quand ils ne sont pas fusionnés ou absents).
  • L'holoprosencéphalie semi-lobaire est une forme intermédiaire. Le télencéphale est partiellement divisé en deux hémisphères et quelques lobes cérébraux sont présents. Dans le détail, la fissure inter-hémisphérique sépare bien les lobes occipitaux gauche et droits, de même que les lobes temporaux. Mais les lobes frontaux et pariétaux sont fusionnés et ne sont pas séparés en deux hémisphères. Enfin, les thalamus sont partiellement divisés en deux hémisphères. La fissure découpe donc la partie postérieure, mais pas le reste du cerveau.
  • L'holoprosencéphalie lobaire est la forme la moins sévère. Ici, seuls les lobes frontaux sont fusionnés entre les deux hémisphères. Les ventricules sont convenablement formés, de même que le diencéphale. Le thalamus est notamment parfaitement formé, subdivisé en deux hémisphères.
Formes d'holoproencéphalies
Forme Corps calleux Lobes cérébraux et hémisphères Thalamus gauche et droit Ventricules
Alobaire Absent Fusionnés Fusionnés Fusionnés
Semi-lobaire
  • Lobes frontaux et pariétaux fusionnés.
  • Lobes occipitaux et temporaux séparés.
Partiellement fusionnés Partiellement fusionnés
Lobaire
  • Lobes frontaux fusionnés.
  • Autres lobes séparés.
Séparés Séparés

La dysplasie septo-optique[modifier | modifier le wikicode]

La dysplasie septo-optique est une malformation rare, apparaissant lors de la régionalisation, qui touche le nerf optique, ainsi que des aires cérébrales appelées hypophyse et septum pellucidum. D'où le nom donné à cette maladie : septo pour le septum, optique pour le nerf optique, et dysplasie pour la malformation. Dans cette maladie, le nerf optique ne se développe pas correctement, ce qui fait que les patients sont au mieux malvoyants, quand ils ne sont pas totalement aveugles. Le mauvais développement de l'hypophyse a des conséquences plus variées que nous ne pouvons que survoler à ce stade du cours. Tout au plus pouvons-nous dire que l'hypophyse sert de glande endocrine (elle émet des hormones), ce qui fait que son atteinte hypophysaire entraine des problèmes hormonaux divers. Enfin, certaines portions du cortex et du diencéphale sont aussi mal séparées en deux hémisphères, comme dans les holoprosencéphalies. Par exemple, le corps calleux est parfois absent, le septum pellucidum l'est toujours. Plus rarement, on observe une holoprosencéphalie lobaire nette. Pour résumer, cette maladie se caractérise par des dysplasies au niveau :

  • du nerf optique, qui entraine des problèmes de vision ;
  • de l'hypophyse, qui cause des troubles endocrines ;
  • du septum pellucidum et du corps calleux, parfois du prosencéphale.

Il faut cependant signaler que les trois symptômes ne sont pas tous présents en même temps : seul 30% des patients exprime cette triade. De plus, ces symptômes sont souvent accompagnés de symptômes neurologiques divers. Les patients sont souvent autistes, ou tout du moins expriment des symptômes autistiques. Un retard mental est aussi fréquent, avec des difficultés psychomotrices, sociales et cognitives. L’épilepsie est déjà plus rare, mais possible. Vu la variété des symptômes, le diagnostic n'est pas clinique, mais basé sur l'imagerie cérébrale. L'IRM montre des anomalies de la ligne médiane (la scissure hémisphérique est anormale), ainsi que des anomalies au niveau du nerf optique.

Cette maladie a vraisemblablement des origines diverses. La consommation de médicaments lors de la grossesse serait impliquée dans cette malformation et de nombreux cas seraient causés par la prise de dépakine (un médicament connu pour entrainer des malformations fœtales). Mais d'autres cas seraient causés par des mutations du gène HESX1, ou d'autres gènes (SOX1 et 2, autres).

Les anomalies de la neurogenèse[modifier | modifier le wikicode]

Taille du crâne d'un patient atteint de microcéphalie.
Symptômes classiques de la microcéphalie (non-exhaustif).

Les anomalies de l'étape de neurogenèse peuvent se traduire par des malformations assez peu nombreuses et faciles à classer. Les plus intuitives donnent une prolifération neuronale anormale, soit trop faible, soit trop importante. Lorsque trop peu de neurones sont créés, le cerveau est très petit, largement plus petit que la normale. On parle alors de microcéphalie. A l'inverse, une prolifération neuronale trop importante se traduit par un volume crânien très important : on parle alors de macrocéphalie ou encore de mégalencéphalie. Le cerveau fait alors pression sur la boite crânienne, causant une hypertension intracrânienne. Chose intéressante, il arrive que la macrocéphalie ne touche qu'un seul hémisphère, l'autre étant totalement épargné. On appelle une telle maladie sous le nom d'hémimégalencéphalie. Il faut noter que les anomalies de la neurogenèse peuvent ne pas impacter la migration. Par exemple, le cortex de certains microcéphales est bien organisé en six couches, comme tout néocortex normal.

Les symptômes de ces maladies sont assez différents, la microcéphalie donnant des déficits particulièrement marqués, alors que la mégalencéphalie est beaucoup plus discrète. La megalencéphalie pure n'a pas de symptômes clairs, si ce n'est une augmentation de la taille du crâne. Les déficits neurologiques sont souvent inexistants et peuvent se limiter à une simple épilepsie. L'hémimegalencéphalie est plus visible : elle entraine des déficits moteurs du côté de l'hémisphère sain, un retard intellectuel, ainsi que de l'épilepsie. La microcéphalie se traduit quant à elle par des symptômes intellectuels très marqués. Les patients sont souvent déficients intellectuels, avec de forts troubles des apprentissages et de la cognition.

Maladie Description Symptômes
Megalencéphalie (macroencéphalie) Cerveau plus gros que la normale. Augmentation de la taille du crâne.
Hémimégalencéphalie Un hémisphère est plus gros que la normale, l'autre est sain. Troubles intellectuels, épilepsie, paralysie d'un côté du corps.
Microencéphalie Cerveau plus petit que la normale. Troubles intellectuels

Les anomalies de la migration et de la gyration[modifier | modifier le wikicode]

Des anomalies lors de l'étape de migration peut avoir des conséquences assez diverses. Cela entraine systématiquement des malformations du cortex cérébral, qui ne s'organise pas en six couches, comme il devrait le faire. Parfois, le cortex garde une organisation en couches, mais il arrive que son architecture soit totalement désorganisée, sans couche reconnaissable. L'étape de gyration n'est pas en reste et des anomalies y sont possibles. Dans ce cas, les gyrus sont malformés : soit ils sont réduits par rapport à la normale, soit ils sont totalement absents. Dans ce qui va suivre, nous allons voir les anomalies de la gyration et de la migration.

La schizencéphalie[modifier | modifier le wikicode]

Schizencéphalie.

La schizencéphalie se caractérise par une fissuration du cortex, une fente qui relie les ventricules à la surface du cortex. Encore une fois, les malformations se manifestent par des déficits mentaux et moteurs, avec une épilepsie. La fissure parcourt généralement le cortex moteur, mettant au premier plan les troubles moteurs. Le symptôme principal est de la maladie est donc une paralysie, mais certains patients peuvent n'avoir qu'un simple déficit intellectuel. Les causes de la maladie sont mal connues, l'influence génétique étant suspectée, mais pas encore établie.

La polymicrogyrie[modifier | modifier le wikicode]

La polymicrogyrie regroupe un ensemble de maladies qui se caractérisent par un grand nombre de gyrus très petits. Le nom de la maladie est d'ailleurs assez transparent : poly-micro-gyrie, ce qui signifie plein de petits gyrus. Les patients ont plus de gyrus que les patients sains, mais ceux-ci sont beaucoup plus petits que la normale, tout comme les sillons, eux aussi très nombreux et très peu profonds. L'ensemble donne au cerveau un aspect en choux-fleur. Cette particularité vient d'un excès de plissement du cortex. En plus, certaines couches du cortex sont absentes : le cortex n'a que 4 couches, parfois moins.

Encore une fois, les malformations se manifestent par des déficits mentaux et moteur, avec une épilepsie. Il s'agit le plus souvent, la polymicrogyrie est causée par une infection lors de la grossesse ou par un problème vasculaire, à rebours de ce qu'on observe pour les autres maladies du développement. Les causes d'une minorité de cas est à chercher dans des maladies génétiques, pouvant provenir de mutations ou de gènes transmis par les parents. La mutation la plus courante est de loin la délétion d'un segment sur le chromosome 22, mais on peut aussi citer une anomalie du chromosome X (28 gènes) et la mutation du gène GPR56 du 16ᵉ chromosome.

Les hétérotrophies[modifier | modifier le wikicode]

Il arrive que les neurones ne migrent pas de leur lieu de neurogenèse et forment des accumulations de matières grises. Cela donne des zones où riches en neurones, où la densité de neurone étant largement supérieure à la normale. De telles sur-densités se voient sur une IRM, où elles donnent un signal inhabituellement lumineux ou sombre. Ces accumulations, vues à l'IRM, portent le nom d'hétérotrophies. Il en existe plusieurs types, deux pour être précis, qui se distinguent par leur forme. Les premières ont une forme d'amas de neurones, tandis que les autres ont une forme de bandes assez larges, en forme de feuillets.

Dans le cas le plus simple, ces maladies donnent des amas de neurones en dehors du cortex, le plus souvent près des ventricules. Ces amas sont appelés des hétérotopies nodulaires périventriculaires, terme barbare qui est pourtant assez clair pour qui sait l'analyser. Le terme hétérotrophie signifie simplement que l'on observe des sur ou sous-densités lors d'une IRM cérébrale. Le terme nodulaire signifie simplement que ces sur-densités ont une forme d'amas. Enfin, périventriculaire signifie que ces amas sont localisés près des ventricules. Dans la plupart des cas, ces nodules sont asymptomatiques et sont découverts lors d'un examen neurologique effectué pour une raison tout autre. On sait que plusieurs gènes sont impliqués dans l'apparition de ces amas, la liste étant assez courte : gènes FLNA, ARFGEF2, et quelques autres.

Dans le second cas, les hétérotrophies ont une forme de bande, et forment un feuillet. Le feuillet est situé sous un cortex normal, dont il est séparé par de la matière blanche. Pour faire une analogie, l'ensemble donne un double cortex, avec deux cortex cérébraux (le feuillet et le cortex normal) séparés par de la matière blanche. Ce double cortex porte le nom d'hétérotrophie en bande sous-corticale. Terme qui encore une fois décrit assez bien la malformation : il y a une hétérotrophie en forme de bande, sous-corticale (située  sous le cortex). Les symptômes ne sont pas clairs, allant de cas totalement asymptomatiques à un léger retard mental. Le diagnostic demande une IRM cérébrale, mais n'est pas possible avec de simples examens cliniques. Encore une fois, de nombreux gènes sont impliqués dans ces malformations. On verra dans ce qui suit que ces malformations accompagnent souvent d'autres anomalies corticales.

Les lyssencéphalies[modifier | modifier le wikicode]

Illustration de la différence entre un cerveau normalement gyrifié (à gauche), d'une pachygyrie (au milieu) et d'une agyrie (à droite).

La lyssencéphalie est une réduction de la gyration, allant d'une absence totale de gyrus à une simple réduction de leur taille. Quel que soit l'intensité de la réduction des gyrus, les conséquences sont assez graves : la plupart des patients ne survivent que quelques mois ou années, rarement jusqu'à l'âge adulte. Les symptômes sont un retard de développement intellectuel et moteur, couplé à une épilepsie. Les déficits intellectuels sont au premier plan chez les enfants âgés et toutes les fonctions cérébrales dévolues au cortex sont touchées, que ce soit pour la mémoire, l'intellect, les fonctions exécutives, le langage, l'attention, et bien d'autres. Les troubles de l'apprentissage sont particulièrement marqués. La motricité et les sensations sont aussi atteintes. Dans les cas les plus graves, les patients ont généralement du mal à marcher, et certains n'arrivent même pas à apprendre à marcher. Mais outre les troubles intellectuels et sensimoteurs, on peut observer des crises épileptiques, qui ne répondent pas aux traitements habituels.

L'intensité de la lyssencéphalie varie sur un continuum, mais les médecins ont découpé arbitrairement celui-ci en deux catégories : l'agyrie et la pachygyrie. On parle d'agyrie quand les gyrus et sillons sont totalement absents. Le cerveau n'a plus de replis à sa surface et a une apparence totalement lisse, d'où le nom donné à cette maladie. Les formes moins sévères, qui laissent quelques sillons sur l'ensemble du cortex, sont appelées des pachygyries.

Les médecins ont classé les différentes lyssencéphalies en plusieurs types. Dans les grandes lignes, on peut séparer les lyssencéphalies classiques, les lyssencéphalies variantes et les lyssencéphalies pavimenteuses. Les deux premières donnent un cerveau totalement lisse, alors que les dernières lui donnent un aspect carrelé, comme si le cerveau était découpé en plusieurs pavés de matière grises collés les uns à côté des autres. Les différences entre lyssencéphalies classiques se trouvent surtout dans l'absence, ou du moins des anomalies, du corps calleux ou du cervelet. La classification est résumée dans le tableau ci-dessous.

Formes de lyssencéphalies.
Type Description Malformations associées Sous-catégories
Classiques
  • Agyrie ou pachygyrie.
  • Cortex épaissi.
  • Néocortex à 4 couches (au lieu de 6).
Pas d'autre malformation associée.
  • Lyssencéphalie causée par une anomalie du gène LIS1.
  • Lyssencéphalie causée par une anomalie du gène TUBA3.
  • Lyssencéphalie causée par une anomalie du gène DCX.
  • lyssencéphalie causée par une anomalie du gène ARX.
Variantes classiques Présence d'autres malformations.
  • Lyssencéphalies isolées sans anomalie génétique identifiée.
  • Lyssencéphalies associées à d'autres malformations :
    • Lyssencéphalie avec hypoplasie du cervelet.
    • Lyssencéphalie avec absence du corps calleux.
    • Lyssencéphalies avec microcéphalie sévère (microlissencéphalie)
Pavimenteuses
  • Pachygyrie systématique, jamais d'agyrie.
  • Surface corticale irrégulière, d'aspect pavé.
  • Néocortex sans couches, totalement désorganisé.
Variable selon le syndrome.
  • Syndrome de Walker-Warburg.
  • Syndrome de Fukuyama.
  • Syndrome MEB (Muscle-Eye-Brain).

Cette maladie peut avoir plusieurs origines, mais les plus courantes impliquent une mutation génétique ou la présence de certains gènes. Les lyssencéphalies classiques sont toutes des maladies génétiques, le statut des autres étant moins clair. Les gènes fautifs peuvent être fournis par les deux parents, ou apparaitre spontanément lors d'une mutation prénatale. Le plus souvent, les gènes impliqués codent des protéines du cytosquelette (un ensemble de protéines qui forment la charpente de la cellule, et commandent sa forme). C'est le cas pour les lyssencéphalies classiques à gène DCX et TUBA1/TUBA3, causées par des défauts dans les microtubules (des protéines du cytosquelette). Le gène DCX est localisé sur le chromosome sexuel X, ce qui fait que ses mutations ont des conséquences différentes chez les garçons et les filles. Les garçons sont atteints de lyssencéphalies classiques, là où les filles sont atteintes d'hétérotopies à bande.

Le syndrome d'alcoolisation fœtale[modifier | modifier le wikicode]

L'absorption d'alcool durant la grossesse entraine aussi des malformations à l'étape de neurulation. Le résultat est appelé syndrome d’alcoolisation fœtale, et se manifeste par des conséquences neurologiques et physiques assez lourdes. Le cerveau se développe anormalement, ce qui entraine des déficits mentaux assez lourds, avec des troubles de l'attention, de l'apprentissage (en calcul, lecture et écriture), de la mémoire et du langage. La motricité est aussi touchée, de même que les fonctions sensorielles : la vision de l'enfant est mauvaise, son olfaction et son audition montrent des déficits assez marqués. Enfin, le comportement de l'enfant est aussi dégradé, avec présence de signes autistiques ou d'hyperactivité. Enfin, le risque épileptique est augmenté.