2.1 Limites du modèle « classique » des NGC


Le modèle clasique de fonctionnement des NGC s’est avéré insuffisant pour rendre compte de l’ensemble des fonctions et des interactions des NGC. Une conception plus récente tente actuellement de prendre en compte les interactions nécessaires entre les différentes structures et les grandes voies fonctionnelles des NGC. Ce schéma permet d’aborder l’action comme la résultante de l’interaction des fonctions limbiques, cognitives et motrices. La seconde avancée conceptuelle tient à la reconnaissance du rôle du noyau subthalamique. Initialement considéré comme un simple relais de l’information entre les NGC, il apparaît aujourd’hui que cette structure occupe un rôle privilégié dans l’organisation générale des boucles cortico-sous-corticales et qu’elle représente un centre majeur de contrôle du flux d’information qui transite par les NGC. En effet, si le modèle « classique » permet de comprendre une partie des symptômes cliniques de la pathologie motrice des NGC, il est incapable de prédire les observations cliniques et électrophysiologiques issues de la neurochirurgie fonctionnelle de ces dernières années. Selon ce modèle, une lésion du GPi devrait entraîner des mouvements involontaires en supprimant le tonus inhibiteur exercé sur le thalamus. Paradoxalement, la pallidotomie permet de réduire les dyskinésies (dyskinésies induites par la levodopa par exemple). L’hyperactivité neuronale subthalamique en cas de syndrome parkinsonien devrait, en toute logique, résulter d'un défaut d'inhibition du GPe or aucune hypoactivité pallidale externe n’a pu être démontrée. À l’inverse, en contexte de dyskinésies induites par la L-Dopa, il n’a pas non plus mis en évidence d’hyperactivité du GPe. Il existe donc nécessairement des failles à ce modèle (Smith et al., 1998).

Il est surtout reproché au modèle « classique » de considérer que l’information est transmise de manière séquentielle et unidirectionnelle depuis le striatum vers les structures de sortie des NGC. Il ne tient compte ni des relations dynamiques et du niveau de synchronisation neuronale entre les noyaux ni de la complexité de l’information qui transite par ces noyaux (Bar-Gad and Bergman 2001Bevan et al., 2002Leblois et al., 2006).

En outre le modèle « classique » ne prend en compte qu’une partie des connexions entre les NGC. Ce schéma n’intègre pas les projections inhibitrices GABAergiques directes du pallidum externe sur la substance noire et le pallidum interne (ou le noyau entopédonculaire chez le rat, équivalent du GPi des primates) ne présentant pas de relais par le NST (Bolam and Smith, 1992;Hazrati et al., 1990Kita, 2001Parent et al., 2001Shink et al., 1996Smith and Bolam, 1989Smith and Bolam, 1990;Smith and Bolam, 1991Smith et al., 1994). De même, ce modèle néglige les connexions réciproques entre NST et GPe, le GPe recevant également des afférences glutamatergiques provenant du NST (Groenewegen and Berendse, 1990Shink et al.,1996Robledo and Feger, 1990Smith et al., 1994). Par ailleurs, il existe probablement deux autres boucles de contrôle impliquant le noyau pédonculopontin et les noyaux intralaminaires du thalamus (complexe centromédian-noyau parafasciculaire).

Le modèle « classique » postule également une ségrégation stricte des neurones entre voie directe et voie indirecte alors que les marquages axonaux ont montré que la majorité des neurones se projetant sur la SNpr et/ou le GPi innervaient également le GPe (Kawaguchi et al., 1990Levesque and Parent, 2005Wu et al., 2000). Ce schéma se base de plus sur une distribution dichotomique des récepteurs dopaminergiques D1 et D2 striataux pourtant remise en question plus récemment par la mise en évidence de co-expressions d’enképhaline et de substance P, des récepteurs D1 et D2 et des ARNm des récepteurs muscariniques M1 et M4 (Aizman et al., 2000Anderson and Reiner, 1990Ariano et al., 1997Aubry et al.,1993 ; Besson et al., 1990Surmeier et al., 1996Yan et al., 2001).

De plus, l’identification des territoires fonctionnels des NGC chez l’homme (Karachi et al., 2002) a montré une disposition semblable à celle du primate non humain mais également un certain degré de superposition dans la frontière séparant deux territoires voisins. La stricte séparation des circuits paraît donc moins stricte que celle proposée initialement.

Enfin, la dopamine est considérée tantôt activatrice (de la voie directe) tantôt inhibitrice (de la voie indirecte) et cette dualité des effets serait liée à la présence de récepteurs striataux dopaminergiques différents D1 et D2. La dopamine a vraisemblablement plutôt un effet neuromodulateur sur les synapses cortico-striatales qu’un effet excitateur ou inhibiteur. De plus, l’action dopaminergique ne se limite probablement pas au seul striatum puisque la plupart des NGC reçoivent des afférences dopaminergiques (cf. Neuromodulation).


Modèle d’interaction des voies cortico-sous-corticales

Une nouvelle perspective de l’organisation des NGC tient du modèle intégratif proposé par S.N. Haber (Haber, 2003). Plus qu’une opposition au modèle « classique » postulant la séparation des circuits moteur, cognitif et limbique, il s’agit d’une évolution conceptuelle issue des observations comportementales proposant une interaction étroite des trois grandes voies précédentes. 

Les noyaux gris centraux et le cortex frontal agissent en effet de concert dans l’exécution des comportements dirigés. Si la finalité de cette synergie est l’exécution d’une action jusqu’à l’accomplissement du but recherché, ils requièrent en amont l’activation de processus qui conduisent à cette exécution. Ces processus incluent dans un premier temps les émotions et la motivation qui initient les comportements et dans un second temps les fonctions cognitives (ou exécutives) qui organisent et planifient la stratégie de l’action et au final en assurent l’exécution. Ces trois grands processus sont en effet décrits au travers des trois grandes voies parallèles du schéma « classique » d’organisation fonctionnelle cortico-sous corticale reposant sur la distinction de zones corticales et de compartiments fonctionnels distincts au sein des NGC. En revanche, ce modèle n’explique pas comment les noyaux gris centraux sont capables de participer à la genèse de nouveaux programmes d’action, processus qui sous-entendent que l’information circule d’un compartiment à l’autre et qu’elle soit progressivement modulée depuis une composante limbique via une composante cognitive en composante motrice finale. La première clé de ce modèle tient dans la description des zones corticales et sous-corticales qui, loin d’être parfaitement ségrégées, présentent des zones frontières fonctionnellement proches.

Figure. The “functional gradient of inputs” corticaux, Haber, 2003. La figure illustre la notion que les frontières des régions corticales et striatales présentent un gradient d’organisation anatomo-fonctionnel où les zones limbiques se fondent progressivement dans les zones associatives et ces dernières dans les zones motrices.

Dans ce modèle, que l’on peut concevoir comment une évolution du modèle « classique » , deux réseaux d’interaction et de transfert de l’information sont proposés : le circuit striato-nigro-striatal et le circuit thalamo-cortico-thalamique. L’idée directrice de ce modèle tient dans la notion de boucles fermées et de boucles ouvertes reliant les structures et de gradient progressif de transfert de l’information. Dans chacun de ces deux circuits, il existerait à la fois des connexions réciproques reliant des structures associées à des fonctions similaires et des connexions ouvertes non réciproques liant des régions associées à des circuits cortico-sous-corticaux différents. Chaque composant de l’information serait renvoyé vers « son circuit d’origine » mais également transféré au circuit suivant depuis le circuit limbique vers le circuit associatif et de là vers le circuit moteur. Les processus de prise de décision seraient ainsi influencés par les signaux limbiques puis cognitifs, permettant à l’organisme de s’adapter de manière approprié à son environnement.

Figure. Circuit striato-nigro-striatal, Haber, 2003. Sur la même base de couleurs que dans le schéma précédent (rouge : limbique, jaune : cognitif et bleu : moteur), l’information est représentée comme circulant dans une première boucle réciproque striatum- substance noire- striatum et dans une seconde boucle qui se dirige vers le circuit voisin, du circuit limbique au circuit moteur via le circuit cognitif. VTA, ventral tegmental area; SNr, substantia nigra pars reticulata; SNc, substantia nigra pars compacta.