2.3 Striatum ventral et noyau accumbens

Le noyau accumbens, les parties ventromédiales du noyau caudé et du putamen et les cellules striatales des tubercules olfactifs sont désignés collectivement par le terme de striatum ventral (de Olmos and Heimer, 1999 ; Haber and McFarland, 1999Heimer et al., 1997). Selon une conception classique, le striatum ventral est tout particulièrement impliqué dans la régulation des comportements motivés comme les processus naturels liés à l’obtention d’une récompense ou les processus pathologiques de l’addiction (Baldo et al., 2007; Ikemoto and Panksepp, 1996; Koob, 1992; Koob and Bloom, 1988; Robbins et al., 1989; Robledo and Koob, 1993; Robledo et al., 1992; Salamone, 1994).

Le rôle du striatum ventral (tout autant que celui du système dopaminergique striatal) dépasse cependant le concept de récompense (Zink et al., 2003). En effet, le système dopaminergique striatal répond à une large variété de stimuli "pertinents" en termes de comportement motivé (« incentive saliency ») incluant des signaux de récompense (à plus forte raison inattendus) (Berns et al., 2001; Delgado et al., 2000; Knutson et al., 2000; Mirenowicz and Schultz, 1994; Schultz, 1998) mais également des signaux sans connotation de récompense. Ceux-ci peuvent traduire la survenue brutale d'un nouveau signal dans l'environnement (« novelty ») (Legault and Wise, 2001; Schultz and Romo, 1990; Zink et al., 2006), être des signaux aversifs (Becerra et al., 2001; Jensen et al., 2003a; Young, 2004) ou des signaux sensoriels (visuels ou auditifs par exemple) dotés d'un potentiel de mise en alerte de l'organisme (« arousal ») (Horvitz, 2000; Horvitz et al., 1997; Steinfels et al., 1983; Strecker and Jacobs, 1985; Zink et al., 2003). Les signaux striataux liés à l'obtention ou la prédiction d'une récompense proviennent probablement plus du cortex orbito-frontal et de l'amygdale basolatérale qui se projettent tous deux fortement sur le striatum (Horvitz, 2002).


Anatomie fonctionnelle du noyau accumbens

Le noyau accumbens occupe une position stratégique à l'interface de deux systèmes neuronaux très distincts: le système limbique et le système des noyaux gris centraux.

La définition anatomique du noyau accumbens chez l'homme reste imprécise et la majorité des données anatomo-fonctionnelles en rapport avec ce noyau sont issues des études réalisées chez le rongeur. On considère actuellement que le noyau accumbens représente la partie la plus ventrale du noyau caudé et du putamen, partie située sous le bras antérieure de la capsule interne mais excluant le bed nucleus de la strie terminale (Prensa et al., 2003).

Le noyau accumbens (NAcb) est une structure hétérogène subdivisée, chez le rongeur, en trois sous-régions connues sous les termes de « cœur » (‘core’, le compartiment dorsolatéral, NAcbCo), de capsule (‘shell’, le compartiment médioventral, NAcbSh) et de ‘pôle rostral’ (Berendse et al., 1992b; Brog et al., 1993; Heimer et al., 1991; Zaborszky et al., 1985; Zahm and Brog, 1992). Outre des caractéristiques pharmacologiques et électrophysiologiques différentes (Deutch and Cameron, 1992; Maldonado-Irizarry and Kelley, 1994; Meredith et al., 1992; Pennartz et al., 1992; Pulvirenti et al., 1994), le NAcbCo et le NAcbSh se différencient par leurs voies de projection (Zahm and Heimer, 1990).

Les diverses voies de projections expliquent pour partie la dissociation des réponses comportementales observées au cours des manipulations expérimentales du NAcbCo et du NAcbSh. La nature des afférences et des efférences du NAcbSh explique également comment ce noyau intègre des informations extéro et intéroceptives liées à l’alimentation et comment il agit en retour sur la balance énergétique et les effecteurs somatomoteurs et végétatifs impliqués dans le comportement alimentaire (Figure 8). Le NAcb constitue en effet une interface entre les structures allocorticales et néocorticales rattachées au système limbique et les circuits pallido-thalamo-corticaux qui modulent l'action. Le NAcb est le lieu de convergence de signaux en provenance de l’amygdale et du cortex préfrontal, du tronc cérébral. Il module en retour les effecteurs que sont le circuit moteur des noyaux gris centraux et l’hypothalamus, effecteur homéostasique et végétatif.

Afférences du noyau accumbens

Le NAcb reçoit des informations viscéro-sensorielles et gustatives émanant de nombreuses structures cérébrales. Le NAcbSh reçoit ces informations via des projections directes du noyau du tractus solitaire (NTS). Le NAcbCo et le NAcbSh reçoivent tous deux des informations de même nature indirectement depuis le cortex gustatif, via les projections du noyau parabrachial sur le thalamus gustatif (Ricardo and Koh, 1978; Saper, 1982). Les régions gustatives et viscéro-sensorielles du cortex insulaire agranulaire se projettent également sur les régions infralimbiques et prélimbiques du cortex médial préfrontal qui en retour se projette de manière massive sur le NAcb (Berendse et al., 1992a; Hurley et al., 1991; Shi and Cassell, 1998; Vertes, 2004). Les informations viscéro-sensorielles et gustatives parviennent également au NAcb via deux voies amygdaliennes : la voie NTS – noyau parabrachial - noyau central de l’amygdale – aire ventrale tegmentale et la voie cortex gustatif – noyau amygdalien basolatéral (McDonald and Jackson, 1987). Les signaux de régulation de l’homéostasie interne en provenance de l’aire hypothalamique latérale (AHL) parviennent au NAcbSh soit directement (Baldo et al., 2003; Peyron et al., 1998) soit en faisant relais au niveau des noyaux thalamiques intralaminaires (Berendse and Groenewegen, 1990; Berendse et al., 1988; Wright and Groenewegen, 1996).

Efférences du noyau accumbens

Les voies de sortie du NAcb se distinguent selon qu’elles trouvent leur origine dans le core ou le shell du noyau et l’organisation des efférences issues de chaque compartiment traduit les fonctions dissociées de chacun d’eux (Bassareo and Di Chiara, 1999; Usuda et al., 1998). Le core a sensiblement les mêmes projections que le reste du striatum, sur le pallidum et la substance noire; le shell émet également des projections sur les noyaux gris centraux et des projections qui lui sont propres, en dehors des noyaux gris centraux (hypothalamus et mésencéphale).

Le NAcbCo émet préférentiellement des projections sur le système moteur extrapyramidal et présente des projections proches de celles du reste du striatum (noyau caudé et putamen). Ses neurones se projettent sur le pallidum dorso-latéral, qui en retour se projette sur le système moteur thalamique d’où partent les projections vers le cortex (Berendse et al., 1992b; Deutch and Cameron, 1992; Heimer et al., 1991; Zahm and Brog, 1992; Zahm and Heimer, 1990; Zahm and Heimer, 1993). Ces projections modulent donc principalement la composante corticale (volontaire) du comportement.

En revanche, le NAcbsh est rattaché au système limbique du fait de projections vers des structures de sortie limbiques comme le pallidum ventral, l’aire tegmentale ventrale, la substance noire médiale, l’aire hypothalamique latérale et l’amygdale (Brog et al., 1993; Heimer et al., 1991; Kirouac and Ganguly, 1995; Mogenson et al., 1983; Stratford, 2005; Stratford and Kelley, 1999; Zahm and Brog, 1992; Zahm and Heimer, 1990; Zahm and Heimer, 1993). Le pallidum ventral (PV) constitue un des principaux sites de projection du NAcbSh (Heimer et al., 1991; Napier et al., 1995; Stratford, 2005). Il se projette lui-même sur l’AHL ipsilatérale (Groenewegen et al., 1993; Haber et al., 1985). Le PV joue un rôle capital dans la régulation du comportement alimentaire en relayant les informations du NAcb vers l’AHL (Stratford and Kelley, 1999; Stratford et al., 1999). Le NAcbSh (et exclusivement celui-ci) émet également des projections directes sur l’AHL homolatérale (Groenewegen et al., 1993; Heimer et al., 1991; Kirouac and Ganguly, 1995; Stratford, 2005; Zahm and Brog, 1992). Les voies de sortie de l’AHL se destinent à leur tour à des structures du tronc cérébral directement impliquées dans le contrôle de la phase motrice de l’ingestion et dans le contrôle des fonctions végétatives (Saper, 2002). Enfin, le NAcbSH se projette directement ou indirectement sur plusieurs autres structures impliquées dans le comportement alimentaire comme le septum latéral, le noyau paraventriculaire de l’hypothalamus et le NTS (Bernardis and Bellinger, 1996; Cowley et al., 1999; King and Nance, 1986; Kotz et al., 1997; Pu et al., 1999; Stanley et al., 1988; Stanley and Leibowitz, 1985; Stratford, 2005; Stratford and Kelley, 1999; Tempel et al., 1993; Treece et al., 1998).


Rôle du NAcb dans le comportement alimentaire

Du fait de connexions complexes et multiples et de son rôle intégrateur, on considère que le circuit cortex-striatum-hypothalamus permet de hiérarchiser et d’adapter les différentes réponses du comportement alimentaire à une variété de signaux internes et externes, gustatifs, viscéro-sensoriels, métaboliques et énergétiques. La sous-région ventromédiale du NAcb, le shell, joue tout particulièrement un rôle capital dans la régulation du comportement alimentaire (Kelley et al., 2005).

Le NAcb est impliqué dans le contrôle des différents aspects du comportement alimentaire car il constitue une structure clé dans l'interaction des systèmes homéostasiques et non homéostasiques (Kelley et al., 2005). La boucle cortico-sous-corticale limbique intervenant dans la régulation du comportement alimentaire comporte en effet une structure d’entrée : le striatum ventral (principalement représenté par le noyau accumbens), un relais interne : le pallidum ventral, et une structure de sortie : l’hypothalamus, structure essentielle du contrôle des comportements d’ingestion et de la balance énergétique (Bernardis and Bellinger, 1996).

Le NAcb joue ainsi le rôle « d’interface » entre les structures limbiques et sensorimotrices d’une part et les structures de contrôle de l’homéostasie énergétique d’autre part. En ce sens, il participe aux processus d’intégration des signaux olfactifs, gustatifs et viscéro-sensoriels, des signaux régulateurs de la balance énergétique et des signaux « de plus haut niveau » cognitifs et limbiques, supports des processus motivationnels et hédoniques.

Trois systèmes de neurotransmetteurs paraissent jouer un rôle déterminant dans la régulation du comportement alimentaire.

1. Le système GABAergique et glutamatergique 

L’inhibition fonctionnelle des neurones d’une partie très focale du NAcbSh (Kelley and Swanson, 1997; Stratford and Kelley, 1997) induit une hyperphagie importante chez des rats pourtant rassasiés (Haberny et al., 2004; Stratford et al., 1998). Cette inhibition ne modifie pas pour autant la composante « appétitive » du comportement alimentaire (i.e. la phase préconsommatoire incluant les stratégies de recherche de nourriture attribuées à la composante motivationnelle) (Hanlon et al., 2004; Zhang et al., 2003) et n’oriente pas davantage les préférences alimentaires des animaux vers des aliments palatables mais non caloriques (i.e. la composante hédonique du comportement alimentaire) (Basso and Kelley, 1999).

Cette réponse initialement attribuée à une levée d’inhibition tonique directement exercée par les neurones GABAergiques du NAcbSh sur l’AHL s’avère plus vraisemblablement être relayée par les projections du NAcbSh sur le pallidum ventral qui se projette en retour sur l’AHL (Stratford and Kelley, 1999). En effet, une hyperphagie similaire est reproduite par un blocage sélectif des récepteurs GABAergiques du pallidum ventral mais non de l’AHL (Stratford et al., 1999). En outre, l’hyperphagie induite par l’inhibition des neurones du NAcbSh est bloquée par l’injection d’antagonistes des récepteurs glutamatergiques au sein de l’AHL (Stratford and Kelley, 1999). Il semble donc exister une synapse intermédiaire de nature glutamatergique entre les neurones GABAergiques inhibiteurs du NAcbSh et l’AHL. Le site de cette synapse intra ou extra hypothalamique n’est pas complètement déterminé mais ces expériences mettent en avant le rôle d’un circuit polysynaptique striatum ventral - pallidum ventral -hypothalamus latéral capital dans le contrôle de la prise alimentaire.

Cette même levée d’inhibition a également été obtenue par suppression pharmacologique de l’excitation glutamatergique activatrice qui s’exerce sur les neurones du NAcbSh. On considère actuellement que les influx glutamatergiques qui parviennent au shell du noyau accumbens joue un rôle important et spécifique d’inhibition de l’initiation de la prise alimentaire : l’activation glutamatergique activerait le système inhibiteur gabaergique du NAcbSh et celui-ci inhiberait l’AHL, mettant fin à la prise alimentaire. Enfin, il a été suggéré que l’effet sur la prise alimentaire était, tout au moins en partie, liée à la mise en jeu des neurones à orexines de l’AHL qui se projettent sur les neurones à NPY du noyau arqué (Baldo et al., 2004; Stratford, 2005; Zheng et al., 2003).

L’intérêt supposé de ce système serait d’inhiber de manière brutale une prise alimentaire lors de la survenue d’un facteur environnemental dangereux pour l’organisme (Kelley et al., 2005).

2. Le système opioïde endogène

Cf. Neuromodulation

3. Le système dopaminergique 

De manière superposable au schéma classique des NGC, le NAcb est également soumis à l’influence du système dopaminergique : l’aire tegmentale ventrale et la substance noire compacta médiale se projettent directement sur le shell du noyau accumbens (NAcbSh) structure de contrôle importante du comportement alimentaire (Heimer et al., 1991) ; en retour le NAcbSh est à l’origine d’un circuit qui aboutit sur ces deux structures dopaminergiques (Stratford and Kelley, 1999).

Le site d’action (striatum ventral, NAcb versus striatum dorsal, noyau caudé), le rôle exact de la dopamine dans les différents aspects du comportement alimentaire et son interaction avec les autres neuromodulateurs sont complexes et encore discutés (Berridge, 2007; Kelley et al., 2005).

Les expérimentations animales ont démontré que l’innervation dopaminergique striatale était impliquée dans le comportement alimentaire mais il serait sans doute plus approprié de dire que le système dopaminergique a été décrit expérimentalement à travers l’étude du comportement d’obtention d’aliment. En effet, le système dopaminergique fait depuis longtemps l’objet d’études qui utilisent la prise alimentaire comme « récompense » ou « stimulus motivationnel » pour revue (Beninger and Miller, 1998; Berridge and Robinson, 1998; Horvitz, 2002; Salamone and Correa, 2002; Salamone et al., 2007; Wise, 2004). En conditions expérimentales de dissociation des phases d’un comportement motivé, on a ainsi démontré que l’activation du système dopaminergique favorisait la phase dite « appétitive » (ou phase « anticipatoire » / « d’approche »).

L'innervation dopaminergique striatale dorsale (noyau caudé et core du NAcb) semble en effet importante dans la sélection des comportements et des stratégies moteurs associées aux modifications du contexte motivationnel. Elle pourrait donc être plutôt en rapport avec le comportement alimentaire "moteur", "instrumental" d'obtention nourriture, c'est-à-dire un comportement dirigé vers un but, incluant les efforts pour obtenir la nourriture et la création d’associations récompense-environnement et récompense-action (Kelley et al., 2005; Palmiter, 2007).

Le système dopaminergique ne paraît en revanche pas être directement impliqué dans la phase dite « consommatoire » d’un comportement motivé ni dans l’attribution du caractère hédonique suscité par l’obtention de la récompense (Berridge and Robinson, 1998; Kelley et al., 2005). Transposé au comportement alimentaire proprement dit, ceci signifie que le système dopaminergique ne paraît pas modifier la prise alimentaire elle-même ni favoriser la sensation hédonique liée à l’ingestion d’aliment. La dopamine permet ainsi l’émergence d’actions dirigées vers un but et potentialise les efforts développés pour y parvenir (dimension motivationnelle) mais ne joue pas de fonction spécifique en rapport avec la prise d’aliment elle-même. Les nombreuses expériences d’inhibition sélective du système dopaminergique au sein du noyau accumbens vont dans ce sens (Baldo et al., 2002; Cousins et al., 1996; Koob et al., 1978; Salamone, 1994; Salamone et al., 2002; Salamone et al., 1991). De même, l’augmentation de la transmission dopaminergique au sein du NAcbSh ou du NAcbCo par injection locale d’amphétamines n’augmente pas la prise alimentaire elle-même alors qu’elle augmente la performance des animaux dans les tâches comportementales évaluant les efforts et les stratégies déployés pour obtenir la récompense (éventuellement alimentaire) (Salamone et al., 2007; Zhang et al., 2003).

D’autres éléments laissent cependant envisager un rôle plus spécifiquement en rapport avec le comportement alimentaire du système dopaminergique :

  • Le système dopaminergique de l’ATV semble pouvoir être modulé par les mêmes polypeptides qui sont impliqués dans le contrôle de la balance énergétique et de la prise de nourriture (ghréline, orexine, leptine et insuline), soit directement soit par interactions avec les afférences glutamatergiques ou GABAergiques de l’ATV (Fulton et al., 2000; Palmiter, 2007). L'influence de ces peptides sur le système dopaminergique en conditions physiologiques n’est cependant pas clairement établie.
  • L’implication du système dopaminergique (ou de ses modulations) dans la survenue de troubles comportementaux alimentaires pourrait également venir de la mise en évidence d’un dysfonctionnement des récepteurs dopaminergiques D2 au cours de l’obésité (Cope et al., 2005; MacDonald et al., 2004; Wang et al., 2002). Dans les modèles d’obésité du rongeur, l’activité dopaminergique est diminuée dans le circuit tubéroinfundibulaire qui se projette sur l’hypothalamus et l’administration d’agonistes dopaminergiques diminue l’obésité (Pijl, 2003). Les études d’imagerie ont également montré chez les sujets humains obèses (mais non chez les sujets contrôles) une diminution des récepteurs dopaminergiques D2 striataux qui plus est, inversement corrélée à l’index de masse corporelle (Wang et al., 2001). Le lien causal entre ces anomalies est les troubles des conduites alimentaires doit encore être démontré.

Figure: Place de l’Acb dans les circuits impliqués dans le contrôle du comportement alimentaire; Kelley et al., (2005) - Physiol Behav 2005


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