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ANATOMIE FONCTIONELLE DES SYSTEMES SENSORI - MOTOR Marc Braun 2009 Neuroradiologie, Anatomie & INSERM U 947 Faculté de médecine – Nancy Université France.

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1 ANATOMIE FONCTIONELLE DES SYSTEMES SENSORI - MOTOR Marc Braun 2009 Neuroradiologie, Anatomie & INSERM U 947 Faculté de médecine – Nancy Université France

2 SENSIBILITE GENERALE TACT FIN ET DISCRIMINATION TACTILE SENSIBILITE A LA PRESSION, TOUCHER APPUYEE, VIBRATOIRE, SENS DE POSITION ET DU MOUVEMENT DES MEMBRES DOULEUR et TEMPERATURE

3 VOIES SOMESTHESIQUES TROIS NEURONES PREMIER NEURONE (UNIPOLAIRE) : –DENDRITE OU AXONE PERIPHERIQUE : TRONC NERVEUX ET PLEXUS vers LES EXTREMITES DES RECEPTEURS SPECIFIQUES +++ –CORPS CELLULAIRE : GANGLION SPINAL ANNEXE A LA RACINE DORSALE OU LES GANGLION HOMOLOGUE des NC V, VII, IX, X. –AXONE CENTRAL : ENTRE DANS LA MOELLE EPINIERE ou LE TRONC CEREBRAL

4 QUEUE DE CHEVAL

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6 SENSIBILITE FINE, VIBRATOIRE, SENS DE POSITION ET DU MOUVEMENT DES MEMBRES AXONE DU PERMIER NEURONE PENETRE DANS LA M. EPINIERE –MEDIALt DANS LE CORDON DORSAL –AJOUT PROGRESSIF ET ET ASCENDANT (SOMATOTOPIE) –tractus GRACILE : sacré, lombaire et thoracique –tractus CUNEIFORME : cervicale (mbre sup)

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9 SENSIBILITE FINE, VIBRATOIRE, SENS DE POSITION ET DU MOUVEMENT DES MEMBRES PREMIERS NEURONES : SYNPASE SECOND NEURONES : DANS LES NOYAUX GRACILE ET CUNEIFORME (BULBE CAUDAL) AXONES DECUSSENT LEMNISCUS MEDIAL NOYAU POSTEROLATERAL VENTRAL (THALAMUS) Nieuwenhuys 2008

10 SENSIBILITE FINE, VIBRATOIRE, SENS DE POSITION ET DU MOUVEMENT DES MEMBRES TROISIEME NEURONE : NOYAU VENTRAL POSTEROLATERAL (THALAMUS) SOMATOTOPIE : –MBRE INF CONTRALATERAL (LATERALt) & MBRE SUP (MEDIALLt) Nieuwenhuys 2008

11 SENSIBILITE FINE, VIBRATOIRE, SENS DE POSITION ET DU MOUVEMENT DES MEMBRES TROISIEME NEURONE : AXONES : FIBRES THALAMO - CORTICALES CAPSULE INTERNE (partie la plus postérieure)

12 SENSIBILITE FINE, VIBRATOIRE, SENS DE POSITION ET DU MOUVEMENT DES MEMBRES 4 ème NEURONES dans GYRUS POSTCENTRAL (S I : cortex somesthésique primaire) Nieuwenhuys 2008

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14 VOIES DE LA DOULEUR & TEMPERATURE DOULEUR « RAPIDE » ET « TOUCHE-PIQUE » : SYSTEME NEOSPINO-THALAMIQUE. DOULEUR LENTE : SYSTEMES PALEOSPINOTHALAMIQUE & SPINO – RETICULO - THALAMIQUE

15 VOIES DE LA DOULEUR & TEMPERATURE AXONE DU PERMIER NEURONE PENETRE DANS LA M. EPINIERE : –FASCICULE DORSO LATERAL (LISSAUER) –SYNAPSE & COLLATERALES ZONE ENTREE CORNE DORSALE (DREZ) LAMINA I-VI

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18 VOIES DE LA DOULEUR & TEMPERATURE SECOND NEURONES LAME I-VI AXONE CENTRAL DECUSSATION VENTROMEDIALE (canal central) CORDON LATERAL (SOMATOTOPIE)

19 SECOND NEURONE : TRACTUS SPINO-THALAMIC TOUTE LA HAUTEUR DU TRONC CEREBRAL Collatérales : NOYAUX REFLEXES DU TRONC CEREBRAL THALAMUS DOULEUR & TEMPERATURE Nieuwenhuys 2008

20 DOULEUR & TEMPERATURE TROISIEME NEURONES : THALAMUS –VENTRAL POSTERO SUPERIEUR –VENTRAL POSTERO INFERIEUR –VENTRAL MEDIAL post –INTRA LAMINAR (DOULEUR LENTE) Nieuwenhuys 2008

21 DOULEUR & TEMPERATURE TROISIEME NEURONE : AXONES : FIBRES THALAMO - CORTICALES CAPSULE INTERNE (partie la plus postérieure)

22 DOULEUR & TEMPERATURE 4 ème NEURONES GYRUS POSTCENTRAL (S I cortex primaire) (localisation, acuité et intensité de la douleur « pique », chaleur et froid) –S II –INSULA POSTERIEUR –GYRUS CINGULAIRE Nieuwenhuys 2008

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24 SYSTEME MOTEUR Structures : –Cortex cérébral –Noyaux Gris Centraux –Tronc cérébral –Cervelet –Moelle Epinière Principales voies motrices –Origine corticales Tractus corticospinal (pyramidal) Tractus corticopontocérébelleux Tractus corticobulbar (nucléaire) Autres tractus corticofugues –Origine sub-corticales Mésencéphale Pont Bulbe

25 SYSTEME MOTEUR Le système moteur consiste en : –5 Groupes de Neurones –Voies différents Dont les activités intégrées permettent des mouvements continus et calibrés.

26 CONTROLE CORTICAL DES MOUVEMENTS 3 AIRES CONTIGUES CORTEX MOTEUR PRIMAIRE (BA 4) CORTEX PREMOTEUR (BA 6) (ASSOCIATION) AIRE MOTRICE SUPPLEMENTAIRE (SMA)(BA6)

27 CORTEX MOTEUR CTX PRIMAIRE MOTEUR (M1) –BRODMANN AIRE 4 – BETZ Cellules –AIRE 3a (FOND S. Central) (reçoit des informations musculaires via le thalamus) HOMONCULUS INVERSE REPRESENTATION NON FIXEE Aff : N. dentelé controlat via n. rouge et and ventral and lateral thalamus ventral et latéral) MOUVEMENTS FINS (DOIGTS)

28 CORTEX PRE MOTEUR SURFACE LATERALE AIRE 6 PREMOTEUR DORSAL et VENTRAL Nieuwenhuys 2008

29 CORTEX PRE MOTEUR SURFACE MEDIALE AIRE 6 AMS & pre AMS et CINGULAIRE (Cortex Médial PreFrontal) Nieuwenhuys 2008

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31 CORTEX PRE MOTEUR COMPORTE DES PROGRAMMES NEURONAUX DE RECRUTEMENT CREATION DE MOUVEMENTS COMPLEXES Projections descendantes : cortico-reticulaire (substance reticulée motrice) uvementsrdonnés du tronc, avant-bras et les doigts – tractus réticulo-spinal muscles axiaux et proximaux Mouvements coordonnés du tronc, avant-bras et les doigts –Projections cortico-corticales

32 AIRE MOTRICE SUPPLEMENTAIRE (SMA- BA 6) SMAMS : –Homunculus grossier Répétition mentale des mouvements PreSMA : Nieuwenhuys 2008

33 CORTEX PARIETAL CAUDAL BA 5 & 7 AIRES ASSOCIATIVES SENSITIVES ACTIVITES MOTRICE DANS UN CONTEXTE SPATIAL PREDETERMINE.

34 AIRES et VOIES DU LANGAGE AIRE DE BROCA (F3, 45 et 44) VOIE DORSO-LATERALE : FAISCEAU ARQUE VOIE VENTRALE : Fx Fronto-Occipital inférieur (sous lINSULA) AIRE DE WERNICKE (Gy. Supra-marginal 40 et Angulaire 39, aires Visuelles 17-19)

35 AIRES DU LANGAGE Syn. de disconnexions Geschwind

36 CYTO-ARCHITECTONIE VARIABILITE surtout 44

37 SYNTAXE (DOMINANT) ou la forme de la phrase AB 44 (pars opercularis) traite linformation syntaxique (Dapretto et Bookheimer Neuron 24: , 1999 à 3T) Laspect sémantique (sens) de la phrase : –AB 47 (pars orbitalis) (id) EFFERENCES VERS AIRE 4 (Muscles LANGUE, LARYNX et LEVRES)

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39 INSULA

40 BROCA – WERNICKE

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43 AIRES 44 et 45 SPECIALISATION HEMISPHERIQUE

44 Comment les activer ? Paradigmes de Fluence Verbale (Parmi les tâches les plus complexes ) : –GENERER DES VERBES –GENERER DES MOTS –FORMATION CATÉGORIELLE DE MOTS –COMPLETER DES MOTS A PARTIR DUNE RACINE INITIALE (par ex. TRO….- TROPHEE OU TROPICAL) INDEX DE LATERALISATION FA Somme des activations des voxels dun cluster avec les coordonnées proches IL FAg - FAdt FAg FAdt

45 SPECIALISATION GAUCHE

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47 AIRE DE DRONCKERS Nature 384 : , 1996 Gyrus precentral de linsula dans les gyri courts de linsula antérieur Stimulation profonde : manque du mot Lésion : Apraxie orale Confirmée par les études en IRMf (C.J. Price et al NeuroImage 20 (2003) S30–S41)

48 APRAXIE ORO-FACIALE

49 AIRES DE LA SYNTHESE DU LANGAGE INPUT VISUEL ET AUDITIF Nieuwenhuys ème Ed p 620

50 Analyse sensorielle (Wernicke) TRES MAL DEFINIE AIRES MULTIMODALES AB 40, 39, 22 et 37 DOMINANT : –GSM, GA, GTS et GTM postérieur Fonctions : Reconnaissance de la parole perçue par le Gyrus de Heschl Lésions : APHASIE SENSORIELLE

51 Interconnexion Faisceau Arqué (ou F.Long. Supérieur) Classiquement entre AB22 et AB44 Topographie : Entre le lobe temporal postérieur, Fissure latérale, GSM, Insula profonde, F3 Mylotopie mal systématisée (Catani et al)

52 Fx ARQUE M.Catani et al Ann Neurol 2005;57:8-16

53 Aphasie de Conduction Erreurs phonétiques et de répétition des mots (surtout grammaticaux courts : le, si, est…)

54 PROJECTIONS DESCENDANTES DU CORTEX MOTEUR Nombreuses voies & Tractus Moelle épinière Noyau Rouge PONT Substance réticulée du tronc cérébral THALAMUS STRIATUM NOYAUX DU TRONC CEREBRAL

55 30% Origine du BA 4 et 5% issus des cellules pyramidales. 20 % de BA 6 40 % du LOBE PARIETAL Trajet : –Centre ovale –Bras postérieure de la capsule interne –Central dans le pédoncule cérébral –Dispersion par les noyaux pontiques –Décussation in the medulla oblongata et –Se terminent sur les interneurones ou motorneurones alpha de la moelle épinière. Nieuwenhuys 2008 TRACTUS CORTICO SPINAL

56 CORTEX – PONT CERVELET Fibres corticopontocerebelleuses constituent le faisceau le plus volumineux des fibres corticofuges. Origines : les cortex moteur et somesthésiques et font synapse sur les noyaux pontiques. De là, PCM puis cortex hémisphères cérébelleux. Nieuwenhuys 2008

57 LOBE CEREBELLEUX FLOCCULONODULAIRE COORDINATION DES MUSCLES PARAXIAUX RESPONSABLE DE LEQUILIBRE SYNDROME CLINICAL : ATAXIE TRONC Young & Young

58 LOBE CEREBELLEUX ANTERIEUR CORTEX VERMIEN & PARAVERMIEN COORDINATION MOUVEMENTS MEMBRES INTENSES CONNEXIONS AVEC M EPINIERE (tractus spinocerebelleux dorsal (SEP and Friedreich ataxie) ROMBERG + Young & Young

59 LOBE CEREBELLEUX POSTERIEUR CONNEXIONS RECIPROQUES MASSIVES AVEC LE CORTEX CEREBRAL SYNDROME LOBE POSTERIEUR : –PERTE DE COORDINATION DES MOUVEMENTS VOLONTAIRES (ADIADICOKINESIE) –PATIENT INCAPABLE DE DIRIGER LE MEMBRE VERS LA CIBLE (HANDICAPE PAR UN TREMBLEMENT DE MOUVEMENT) Young & Young

60 TRACTUS CORTICO THALAMIQUES Fibres corticothalamiques sont originaires des aires corticales qui recoivent les projections thalamiques et servent de MECHANISME de contrôle en retour. Nieuwenhuys 2008

61 ACTIVITES MOTRICES TRONC CEREBRAL - Mésencéphale Le tractus rubro-spinal est facilitateur des neurones fléchisseurs et inhibiteur des extenseurs Partie du système extra- pyramidal, connections polysynaptiques, bilaterales aux motoneurones spinaux permettant une adaptation posturale bilatérale et reflexe Un contrôle du tonus musculaire au cours du mouvement. Nieuwenhuys 2008

62 ACTIVITES MOTRICES TRONC CEREBRAL Tractus dorigine subcorticale proviennent : - - Le tractus rubro-spinal est facilitateur des neurones fléchisseurs et inhibiteur des extenseurs - Le pont : tractus vestibulospinal et reticulospinal pontique le contrôle de la position de la tête Facilitateur des neurones moteurs extenseurs et inhibition des motoneurones fléchissseurs. Nieuwenhuys 2008

63 ACTIVITES MOTRICES TRONC CEREBRAL Tractus dorigine subcorticale proviennent : - - Le tractus rubro-spinal est facilitateur des neurones fléchisseurs et inhibiteur des extenseurs - Le pont : tractus vestibulospinal et reticulospinal pontique le contrôle de la position de la tête Facilitateur des neurones moteurs extenseurs et inhibition des motoneurones fléchissseurs. - le bulbe (tractus bulbo- réticulospinal, même action que le tractus rubro-spinal).

64 Fonctions exécutives et CORTEX PREFRONTAL CAPACITES DADMINISTRATION PLANIFICATION JUGEMENT

65 CORTEX PREFRONTAL CORTEX SENSITIF : –DONNE DU SENS AU MESSAGE CORTEX PREFRONTAL INTERPOSE ENTRE : –CORTEX MOTEUR ET CORTEX SENSITIF –INTERFACE ENTRE PERCEPTION ET ACTION

66 CORTEX PREFRONTAL ADAPTATION : –PREPARE DE NOUVEAUX SCHEMAS DE COMPORTEMENT –INHIBE LACTION AUTOUR DE PROCEDURE SURAPPRISES ACTION INDIVIDUELLE (PERSONNELLE)

67 CORTEX PREFRONTAL SEUL CORTEX A RECEVOIR DES AFFERENCES DE TOUS LES CORTEX Y COMPRIS LHYPOTHALAMUS (INTEGRATION DES FONCTIONS VEGETATIVES ET DHOMEOSTASIE)

68 CORTEX PREFRONTAL Ctx pre FRT Plan ° et contrôle

69 CORTEX PREFRONTAL Ctx Sensitif Associatif (Stimuli Environnementaux) Ctx pre FRT Plan ° et contrôle

70 CORTEX PREFRONTAL Ctx Sensitif Associatif (Stimuli Environnementaux) Système limbique (messages internes) Ctx pre FRT Plan ° et contrôle

71 CORTEX PREFRONTAL Ctx Sensitif Associatif (Stimuli Environnementaux) Système limbique (messages internes) Système hippocampique (expériences passées) Ctx pre FRT Plan ° et contrôle

72 CORTEX PREFRONTAL Ctx Sensitif Associatif (Stimuli Environnementaux) Système limbique (messages internes) Système hippocampique (expériences passées) Ctx pre FRT Plan ° et contrôle NOYAUX GRIS (dont Hypothalamus)

73 CORTEX PREFRONTAL Ctx Sensitif Associatif (Stimuli Environnementaux) Système limbique (messages internes) Système hippocampique (expériences passées) Ctx pre FRT Plan ° et contrôle Ctx MOTEUR Exécution NOYAUX GRIS (dont Hypothalamus)

74 CORTEX PREFRONTAL Ctx Sensitif Associatif (Stimuli Environnementaux) Système limbique (messages internes) Système hippocampique (expériences passées) Ctx pre FRT PLANIFICATION et contrôle Ctx MOTEUR Exécution NOYAUX GRIS (dont Hypothalamus)

75 Mémoire de travail Bases Neuronales Exp de Furster et Alexander 1971 Décharge neuronale du macaque pendant la phase dattente (Schémas)

76 Mémoire de travail CORTEX PREFRONTAL DEUX PHENOMENES MAINTIEN DINFORMATIONS –Mémorisation à long-terme –Organisation de la réponse par une programmation de laction à venir en fonction des informations maintenues. –MANIPULATION DE LINFORMATION (JB Pochon et Dubois IRMf 2001 PNAS)

77 MANIPULATION ET MAINTIEN DE LINFORMATION MAINTIEN : PARIETAL BILATERAL PLANIFICATION PREFRONTAL DROIT –(JB Pochon et Dubois IRMf 2001)

78 ANALYSE DE L ENVIRONNEMENT Comportements dirigés vers un but

79 ANALYSE DE L ENVIRONNEMENT Comportements dirigés vers un but

80 ANALYSE DE L ENVIRONNEMENT Comportements dirigés vers un but ANALYSE DINFORMATIONS PERTINENTES

81 ANALYSE DE L ENVIRONNEMENT Comportements dirigés vers un but ANALYSE DINFORMATIONS PERTINENTES

82 ANALYSE DE L ENVIRONNEMENT Comportements dirigés vers un but ANALYSE DINFORMATIONS PERTINENTES Mémoire de travail

83 ANALYSE DE L ENVIRONNEMENT Comportements dirigés vers un but ANALYSE DINFORMATIONS PERTINENTES Mémoire de travail PLANIFICATION

84 ANALYSE DE L ENVIRONNEMENT Comportements dirigés vers un but ANALYSE DINFORMATIONS PERTINENTES Mémoire de travail PLANIFICATION

85 ANALYSE DE L ENVIRONNEMENT Comportements dirigés vers un but ANALYSE DINFORMATIONS PERTINENTES Mémoire de travail PLANIFICATION REPONSE

86 ANALYSE DE L ENVIRONNEMENT Comportements dirigés vers un but (explique le test Wisconsin) ANALYSE DINFORMATIONS PERTINENTES Mémoire de travail PLANIFICATION REPONSE Recalibrage si inadéquation entre réponse et environnement

87 LE MALADE FRONTAL NINTEGRE PLUS SES ERREURS NE CHERCHE PLUS A BIEN FAIRE LA SIGNIFICATION DE « cest perdu »

88 CALCUL MENTAL Simon et al Neuroimage 2004, 23:

89 ATTENTION Simon et al Neuroimage 2004, 23: Modifié de Nieuwenhuys 2007

90 TRAVAIL RESOLUTION FAUSSES EQUATIONS Menon, Hum Brain Mapp :

91 RESOLUTION dERREURS (distractibilité du syn. Frontal) Menon, Hum Brain Mapp :

92 AIRES FRONTALES DE LOCULOMOTRICITE GYRUS FRONTAL MOYEN PORTION POSTERIEURE AIRE 6 AIRE PRINCIPALE + AIRE SUPPLEMENTAIRE

93 CORTEX ORBITO-FRONTAL Vues Inférieures Face médiale

94 CORTEX ORBITO-FRONTAL RECOMPENSES Expériences de Schultz et Tremblay 1998 –neurones anticipateurs activés par la valence affective A VENIR LESIONS ORBITO-VENTRALES et Jeu de Poker (Bechara et Damasio, 94 et 96) DESACTIVATION CINGULAIRE (JB Pochon 2002 PNAS)

95 CONCLUSION I 1. Les principales voies motrices ont une origine corticale et sous-corticale. 2. Les fibres corticospinales prennent naissance des aires motrices et premotrices, descendent à travers le cerveau, croisent la ligne médiane et se terminent sur des interneurones ou des motoneurones de la moelle épinière. 3.Les fibres corticopontocérébelleuses constituent la majeure partie des fibres of corticofuges. Elles proviennent des cortex moteurs et premoteur et font synapse dans les noyaux pontique puis vers le néocervelet.

96 CONCLUSIONS II 4. Les fibres corticothalamiques ont pour origine les aires corticales et elles recoivent des projections thalamiques créant des mécanismes de contrôle. 5. Les tractus dorigine subcorticale naissent –Du noyau rouge mésencéphalique (rubrospinal), –Des noyaux pontiques (vestibulospinal and pontine reticulospinal tractus) –Du bulbe (tractus medullar reticulospinal). –Tous appartiennent au système extra-pyramidal, polysynaptique, bilatéral avec des connexions avec des neurones moteurs permettant des réflexes de postures et dadaptation du tonus.


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