Bien que notre cervelet (en beige) représente seulement 10% du volume de notre cerveau,
il concentre la majorité de ses neurones
L’équilibre
Le lien entre le cervelet et le mouvement est connu depuis le XIXe siècle. Les patients souffrant d’un traumatisme dans cette région du cerveau présentaient des difficultés évidentes d’équilibre et de mouvement, ce qui ne laissait aucun doute sur son rôle essentiel dans la coordination des mouvements.
Imaginez votre cerveau comme une usine. Il y a d'innombrables petits engrenages, des tapis roulants et des ouvriers qui se moquent, chacun d'entre eux servant un but unique pour vous permettre de vous déplacer à travers le monde. Et tandis que votre système d'équilibre engage plusieurs parties de votre cerveau, la partie principale du cerveau qui contrôle l'équilibre est le cervelet. Il contrôle un certain nombre de fonctions, y compris le mouvement, la parole, l'équilibre et la posture. Mais le cervelet ne fonctionne pas seul. Il y a plusieurs autres parties du cerveau qui contribuent également à équilibrer les fonctions, y compris ce que l'on appelle le système vestibulaire.
Pendant environ deux siècles, la communauté scientifique a cru que le cervelet se consacrait uniquement au contrôle des mouvements. Au cours des dernières décennies, cependant, il y a eu un changement d’opinion, les chercheurs ayant révélé des détails sur le rôle de cette structure dans la cognition, le traitement des émotions et le comportement social.
Le système vestibulaire
Pensez au système vestibulaire comme un service de messagerie. Situé dans l'oreille interne, le système vestibulaire fournit à votre cerveau des informations sur des choses comme le mouvement, la position de votre tête et des mouvements soudains. Cela vous aide à maintenir votre équilibre en vous assurant que votre cerveau traite la position de votre corps chaque fois qu'il change. En général, le système vestibulaire vous aide à maintenir un sentiment d'équilibre, à prévenir les chutes et les étourdissements.
La partie périphérique du système vestibulaire est une partie de l'oreille interne qui agit comme un accéléromètre miniaturisé et un dispositif de guidage inertiel, rapportant continuellement des informations sur les mouvements et la position de la tête et du corps aux centres d'intégration situés dans le tronc cérébral, le cervelet et les cortex sensoriels somatiques.
Bien que nous ne soyons normalement pas conscients de sa fonction, le système vestibulaire est un élément clé des réflexes posturaux et des mouvements oculaires. Si le système est endommagé, l'équilibre, le contrôle des mouvements oculaires lorsque la tête bouge et le sens de l'orientation dans l'espace sont affectés.
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Le cervelet est notre “petit cerveau” – Connexion aux centres de récompense du cerveau
Des chercheurs du Collège de médecine Albert Einstein, Université de New York, démontrent selon une étude, publiée dans la revue Science en janvier 2019, qu’un circuit nouvellement identifié reliant le cervelet aux centres de récompense du cerveau chez la souris pourrait aider les scientifiques à comprendre l'autisme et la dépendance.
Des travaux de neuro-imagerie chez l'homme ont montré que le cervelet est impliqué dans le traitement cognitif et le contrôle émotionnel, et des études chez l'animal ont révélé, entre autres, que la structure est importante pour le développement normal des capacités sociales et cognitives. Les chercheurs ont également associé une altération de la fonction cérébelleuse à la dépendance, à l'autisme et à la schizophrénie.
Bien que nombre de ces résultats suggèrent que le cervelet joue un rôle important dans le comportement social et lié à la récompense, il n'existait pas de mécanisme neuronal clair permettant d'expliquer ce lien.
Les chercheurs avaient concentré leurs travaux sur le rôle du cervelet dans la coordination motrice jusqu'à ce qu'ils découvrent la littérature relative aux fonctions non motrices de la structure, alors qu'ils examinaient des demandes de subventions. Intrigués par les liens entre le cervelet et des troubles tels que l'autisme et la toxicomanie, ils ont cherché à savoir s'il pouvait communiquer directement avec l’ATV, une zone du cerveau précédemment liée à ces troubles.
Des recherches antérieures menées dans le laboratoire avaient laissé entrevoir l'existence de connexions inattendues entre le cervelet et d'autres parties du cerveau. Plus précisément, en examinant les circuits cérébraux qui sous-tendent la dystonie – un trouble du mouvement qui provoque des contractions musculaires incontrôlables – chez la souris. L'équipe a découvert que le cervelet communiquait directement avec les ganglions basales – impliqués dans les fonctions de mouvement, de motivation et de récompense – afin de contrôler les mouvements complexes.
Pour étudier le lien entre le cervelet et l’ATV, l'équipe a d'abord injecté dans les cellules cérébelleuses de souris des virus de l'herpès, qui agissent comme des sentinelles mobiles en traversant les synapses – les minuscules espaces entre les cellules cérébrales – tout en portant des étiquettes fluorescentes. Cette expérience a révélé que plusieurs neurones de l’ATV étaient illuminés par les marqueurs fluorescents, ce qui indiquait que les cellules de cette région du cerveau recevaient effectivement des connexions directes du cervelet. Ensuite, en utilisant l'optogénétique – une méthode qui permet aux scientifiques d'activer ou de désactiver des cellules spécifiques d'une voie neuronale à l'aide de flashs lumineux –, les chercheurs ont démontré que la stimulation des neurones cérébelleux pouvait activer les cellules de l’ATV.
Les chercheurs expliquent que ces résultats suggèrent que cette voie pourrait être impliquée dans le comportement addictif. Ils notent que cette dernière expérience a été largement utilisée pour étudier la toxicomanie chez les animaux, et le groupe prévoit d'autres études. Une expérience future pourrait consister à administrer de la cocaïne à des rongeurs pour voir si l'inhibition de la voie entre le cervelet et l’ATV peut manipuler les comportements addictifs.
Il est intéressant de noter que l'équipe a constaté que la stimulation de ce circuit n'augmentait pas les interactions des rongeurs avec un animal non familier. Selon les auteurs, cette observation suggère que le circuit n'augmente pas nécessairement les comportements pro-sociaux, mais qu'il rend les objets inanimés, par exemple, tout aussi gratifiants que l'interaction avec d'autres personnes.
Cette étude est l'une des démonstrations les plus claires et les plus intéressantes que le cervelet est effectivement impliqué dans le contrôle de fonctions non motrices de haut niveau. Mais ces travaux ont été réalisés sur des souris ; maintenant il faut voir si cela se produit chez l'homme.
Selon les chercheurs l'étude plus approfondie du circuit cervelet-ATV pourrait un jour aider les scientifiques à traiter divers troubles. Ce circuit pourrait être manipulé – à l'aide de techniques telles que la stimulation magnétique transcrânienne ou la stimulation cérébrale profonde – chez les personnes souffrant d'addiction ou d'autisme. Mais des recherches supplémentaires sont nécessaires avant que de telles interventions ne deviennent réalité et, pour l'instant, l'équipe prévoit de tester certaines de ces méthodes sur des souris.
Ils pensent qu'au cours des prochaines années, nous verrons que le cervelet joue un rôle de plus en plus important dans les fonctions non motrices, telles que le traitement cognitif et émotionnel.
Découverte d’une nouvelle fonction du cervelet – son rôle dans la mémorisation des expériences émotionnelles
Des neuroscientifiques de l'Université de Bâle (Suisse) dans une étude, publiée dans la prestigieuse revue Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS) en octobre 2022, ont identifié une fonction émotionnelle et cognitive du cervelet jusqu'alors inconnue, élargissant considérablement notre connaissance de cet organe vital.
Le cerveau humain, centre de nos émotions, de nos pensées et de nos actions, reste un territoire inexploré malgré les progrès technologiques et scientifiques.
L'objectif de la présente étude était de déterminer si le cervelet et les connexions cérébelleuses-cérébrales sont impliqués dans le phénomène de la mémoire épisodique supérieure pour les informations visuelles suscitant des émotions.
Une nouvelle dimension
Les résultats ont été révélés. Les images émotionnelles, à la fois positives et négatives, ont été rappelées plus clairement que les neutres, en outre, le cervelet a montré une activité significative lors de la consolidation de ces souvenirs, travaillant avec des structures connues pour leur rôle dans la mémoire et les émotions, telles que l'amygdale et l'hypothalamus.
Le pont
La découverte a révélé que les connexions du cervelet ne se limitent pas aux zones motrices du cerveau, mais interagissent également avec les régions impliquées dans les fonctions cérébrales supérieures.
En outre, les chercheurs ont montré que le cervelet était davantage relié à différentes zones du cerveau lors du stockage accru des images émotionnelles. Par exemple, il reçoit des informations du gyrus cingulaire, lequel joue un rôle important dans la perception et l'évaluation des sentiments. Le cervelet enverrait également des signaux à l'amygdale et à l'hippocampe, tous deux impliqués dans le stockage de la mémoire. Le cervelet fait donc partie d'un réseau cérébral dont le but est d'améliorer le stockage des informations émotionnelles.
Les spécialistes soulignent que cette découverte pourrait être essentielle pour mieux comprendre les troubles psychiatriques tels que le stress post-traumatique ou l'autisme, caractérisés par des altérations dans les circuits émotionnels du cerveau. En identifiant le rôle du cervelet dans ces fonctions, de nouvelles possibilités thérapeutiques s'ouvrent pour aborder ces conditions d'un point de vue innovant.
Ces résultats élargissent la connaissance du rôle du cervelet dans les processus cognitifs et émotionnels, remettant en question sa considération exclusive en tant que région de moteur.
Cette avancée met en évidence la complexité et la polyvalence du cerveau humain, nous rappelant que même des organes bien étudiés gardent encore des secrets à découvrir. La recherche représente un pas important vers une compréhension plus profonde de notre biologie et excite la communauté scientifique avec les promesses de futures découvertes.
Le cervelet, maître des émotions et du mouvement
Des chercheurs, lors de la réunion annuelle de la Société des neurosciences à Washington en novembre 2023, ont organisé un symposium sur les nouvelles fonctions du cervelet non liées au contrôle de la motricité.
Au fil des décennies, les neuro-scientifiques ont développé une compréhension détaillée de la façon dont les circuits neuronaux uniques du cervelet contrôlaient la fonction motrice.
Des neurologues, dans la revue scientifique Brain en 1998, ont fait état d’un large éventail de handicaps émotionnels et cognitifs chez des patients présentant des lésions du cervelet. Par exemple, en 1991, après un accident qui a endommagé son cervelet, une étudiante ne sait plus écrire, réaliser des calculs de tête, voire nommer des objets courants. Son humeur s’est émoussée. Elle a perdu les usages sociaux, se déshabillant dans les couloirs de l’hôpital ou se mettant à parler comme un bébé.
Ce cas, tout comme d’autres similaires, ont laissé les auteurs perplexes. Les fonctions cognitives et émotionnelles dites “de haut niveau” – parler, écrire, interagir socialement – étaient jusqu’alors censées résider dans le cortex cérébral et le système limbique, un ensemble de régions situées sous le cortex et notamment impliquées dans la gestion des émotions.
De nouvelles techniques expérimentales montraient qu’en plus de contrôler les mouvements, le cervelet régule d’autres comportements complexes, comme les interactions sociales, l’agressivité, la mémoire de travail, l’apprentissage, les émotions et bien d’autres encore.
Lors du symposium, les chercheurs ont fait part d’une multitude de découvertes fascinantes révélées par ces nouvelles méthodes, qui témoignent de l’évolution de leur compréhension du cervelet. Ainsi, la neuro-scientifique Jessica Verpeut, de l’université d’État de l’Arizona, a présenté des données décrivant le réseau complexe et étendu de connexions cérébelleuses qui sont activées dans tout le cerveau de souris lorsqu’elles socialisent ou apprennent à trouver leur chemin dans un labyrinthe.
Des souris dont on perturbe des neurones du cervelet perdent tout intérêt pour les interactions avec leurs congénères, mais pas pour les objets inanimés introduits dans leur cage.
La chercheuse Yi-Mei Yang, de l’université du Minnesota, a souligné que, lorsqu’elle perturbait certains neurones du cervelet, les souris perdaient tout intérêt à interagir avec des congénères inconnues introduites dans leur cage. En revanche, elles n’avaient aucune difficulté à interagir avec des objets qu’on leur présentait pour la première fois, et à s’en souvenir. Un tel comportement indique un déficit de la mémoire complexe de reconnaissance sociale, similaire à celui observé chez les personnes autistes.
Ces dernières recherches vont bien au-delà des études sur les souris puisque le neurologue Andreas Thieme, de l’hôpital universitaire d’Essen, en Allemagne, a quant à lui présenté un nouveau test clinique permettant de diagnostiquer avec précision les troubles émotionnels et cognitifs causés par des lésions du cervelet.
Cervelet : son rôle dans la régulation de la soif
Une équipe de scientifiques des universités du Kentucky, de Case Western Reserve, de Cleveland, de Louisiane, de Dayton et du Texas Children's Hospital dans une étude, publiée dans Nature Neuroscience en juillet 2024, est parmi les premiers à trouver un nouveau rôle pour le cervelet dans la régulation de la soif.
L'eau est cruciale pour la survie de l'homme et représente environ 60% de l'organisme. Elle joue un rôle vital dans la fonction cellulaire, la régulation interne de la température et la santé des organes.
Cette recherche met en évidence l'implication du cervelet dans la réglementation de la soif. Auparavant, ce rôle était attribué à d'autres régions du cerveau responsables de la détection et de la régulation de l'équilibre interne de l'eau.
Leur étude montre que les souris boivent plus d'eau lorsque les neurones cérébraux appelés neurones de Purkinje, l'un des tout premiers types de neurones à être reconnus et parmi les plus grands neurones du cerveau, sont activés par l'hormone asprosine.
L’asprosine est une hormone protéique découverte en 2016. Il a été démontré qu'elle active les neurones hypothalamiques de la “faim” appelés neurones AgRP. En 2022, les chercheurs ont identifié le Ptprd comme le récepteur neuronal par lequel l’asprosine agit pour stimuler l’appétit.
L'asprosine affecte à la fois l'appétit et la soif, mais via des voies cérébrales différentes. Alors que l'asprosine stimule l'appétit via les neurones AgRP, son action sur les neurones de Purkinje cérébelleux déclenche une augmentation de la consommation d'eau.
Les chercheurs ont déclaré que cibler la voie de signalisation neuronale de Purkinje, l'asprosine, pourrait constituer une approche thérapeutique potentielle pour traiter les troubles de la soif, comme la polydipsie – sensation de soif extrême – et l'hypodipsie – absence de soif –. Cependant, l'équipe a indiqué que des études complémentaires étaient nécessaires pour mieux comprendre ce qui se passe dans le cerveau pendant ce processus.
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Un petit chef-d’œuvre de câblage neuronal
Aujourd’hui, une meilleure compréhension des circuits du cervelet donne raison à ces études de cas et ébranle les acquis en la matière. Le modèle de câblage du cervelet est précisément organisé et compacté pour concentrer les trois quarts des neurones du cerveau dans un lobe d’à peine 10 centimètres.
Le principal type de neurone du cervelet, appelé cellule de Purkinje, est largement ramifié tel un corail en éventail, mais aplati et presque bi-dimensionnel. Les pales de l’éventail sont les dendrites du neurone, qui reçoivent les signaux entrants. Ces neurones plats sont disposés en parallèle, comme si des millions de coraux en éventail étaient empilés les uns sur les autres en un faisceau serré. Des milliers de neurones minuscules font courir des axones – les câbles de transmission des impulsions électriques du cerveau – perpendiculairement à cet empilement de cellules de Purkinje, comme les fils d’un métier à tisser. Chaque axone est relié aux dendrites de dizaines de milliers de cellules de Purkinje.
Les neuro-scientifiques se rendent désormais compte que les puissants circuits neuronaux du cervelet qui intègrent les informations relatives aux mouvements du corps lui permettent également de gérer des processus mentaux et des comportements complexes.
Afin de coordonner ces diverses fonctions, il faut faire appel à l’ensemble des capacités du cerveau – de la régulation du rythme cardiaque et de la pression artérielle, assurée par les régions profondes du cerveau, au traitement des informations sensorielles et émotionnelles, pris en charge par le système limbique. Mais aussi aux fonctions cognitives de haut niveau que sont la compréhension, l’inhibition et la prise de décision dans le cortex cérébral préfrontal.
Pour que le cervelet puisse remplir cette fonction, il doit posséder des connexions qui s’étendent à l’ensemble du cerveau. Jusqu’à présent, on ne disposait pas de preuves en ce sens, mais de nouvelles techniques permettent à présent de découvrir ces voies neuronales.
Une plaque tournante de nos entrées sensorielles
Il y a tout juste quelques décennies, lorsque les neuro-anatomistes ont commencé à cartographier le cerveau, ils n’ont trouvé aucune connexion directe entre le cervelet et les régions cérébrales qui contrôlent les émotions et la cognition, telles que le système limbique et le cortex préfrontal. Cela les a amenés à penser que le cervelet était quelque peu isolé et non impliqué dans ces fonctions cognitives supérieures. Mais tout comme les bandits peuvent échapper à un traqueur en changeant de véhicule, les signaux neuronaux peuvent sauter d’un neurone à l’autre. Cette action d’infiltration a mis les neuro-anatomistes sur la piste du cervelet.
Ces études montrent qu’en plus de contrôler les mouvements, le cervelet régule des comportements
sociaux et émotionnels complexes. Pour exercer cette influence globale, il doit être un centre de traitement
des données avec des connexions dans tout le cerveau. Il n’est donc pas étonnant qu’il compte
autant de neurones. Pour accomplir seul ce travail de commande et de contrôle de haut niveau,
il doit être, en fait, un petit cerveau à lui tout seul.
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