Le noyau caudé - Caudate nucleus
| Le noyau caudé | |
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 Noyau caudé (en rouge) montré dans le cerveau
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 Coupe transversale du cerveau (section horizontale), les noyaux gris centraux sont bleus
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| Des détails | |
| Partie de | striatum dorsal |
| Identifiants | |
| Latin | noyau caudatus |
| Engrener | D002421 |
| NeuroNames | 226 |
| Identifiant NeuroLex | birnlex_1373 |
| TA98 | A14.1.09.502 |
| TA2 | 5561 |
| FMA | 61833 |
| Termes anatomiques de la neuroanatomie | |
Le noyau caudé est l'une des structures qui composent le corps strié , qui est une composante des noyaux gris centraux . Alors que le noyau caudé a longtemps été associée à des processus de moteur en raison de son rôle dans la maladie de Parkinson , il joue un rôle important dans diverses autres fonctions non motrices, ainsi, y compris l' apprentissage procédural , l' apprentissage associatif et contrôle inhibiteur de l' action, entre autres fonctions. Le caudé est également l'une des structures cérébrales qui composent le système de récompense et fonctionne dans le cadre de la boucle cortico - ganglions de la base - thalamique .
Structure
Avec le putamen , le caudé forme le striatum dorsal , qui est considéré comme une structure fonctionnelle unique ; anatomiquement, il est séparé par un large faisceau de substance blanche, la capsule interne , de sorte qu'on l'appelle parfois aussi deux structures : le striatum dorsal médial (le caudé) et le striatum dorsal latéral (le putamen). Dans cette veine, les deux sont fonctionnellement distincts non pas en raison de différences structurelles, mais simplement en raison de la distribution topographique de la fonction.
Les noyaux caudés sont situés près du centre du cerveau, à cheval sur le thalamus . Il y a un noyau caudé dans chaque hémisphère du cerveau. Individuellement, ils ressemblent à une structure en forme de C avec une « tête » plus large ( caput en latin) à l'avant, se rétrécissant en un « corps » ( corpus ) et une « queue » ( cauda ). Parfois, une partie du noyau caudé est appelée "genou" ( genu ). La tête caudée reçoit son apport sanguin de l'artère lenticulostriée tandis que la queue du caudé reçoit son apport sanguin de l'artère choroïdienne antérieure.
La tête et le corps du noyau caudé font partie du plancher de la corne antérieure du ventricule latéral . Après que le corps se soit brièvement déplacé vers l'arrière de la tête, la queue se recourbe vers l'avant, formant le toit de la corne inférieure du ventricule latéral. Cela signifie qu'une section coronale (sur un plan parallèle au visage ) qui traverse la queue traversera également le corps et la tête du noyau caudé.
Neurochimie
Le caudé est fortement innervé par les neurones dopaminergiques qui proviennent de la substantia nigra pars compacta (SNc). Le SNc est situé dans le mésencéphale et contient des projections cellulaires vers le caudé et le putamen , utilisant le neurotransmetteur dopamine . Il existe également des entrées supplémentaires provenant de divers cortex d'association .
Fonctions motrices
Traitement mnémotechnique spatial
Le noyau caudé intègre l'information spatiale avec la formulation du comportement moteur. L'altération sélective de la mémoire de travail spatiale chez les sujets atteints de la maladie de Parkinson et la connaissance de l'impact de la maladie sur la quantité de dopamine fournie au striatum ont lié le noyau caudé au traitement mnémotechnique spatial et non spatial. La préparation motrice spatialement dépendante a été liée au noyau caudé par des techniques d'analyse IRMf liées à l' événement . Il a été démontré que l'activité dans le noyau caudé était plus importante pendant les tâches comportant des demandes de mémoire spatiale et motrice que celles impliquant des tâches non spatiales. Plus précisément, l' activité spatiale de la mémoire de travail a été observée, via des études IRMf de reconnaissance retardée, être plus importante dans le noyau caudé lorsque l'activité précédait immédiatement une réponse motrice. Ces résultats indiquent que le noyau caudé pourrait être impliqué dans le codage d'une réponse motrice. Dans cette optique, le noyau caudé pourrait être impliqué dans le recrutement du système moteur pour soutenir les performances de la mémoire de travail par la médiation de transformations sensori-motrices.
Mouvements dirigés
Le noyau caudé contribue de manière importante à la posture du corps et des membres ainsi qu'à la vitesse et la précision des mouvements dirigés. Des déficits de posture et de précision lors des tâches d'utilisation des pattes ont été observés suite à l'ablation des noyaux caudés chez les félins. Un retard dans l'initiation de la performance et le besoin de changer constamment de position corporelle ont tous deux été observés chez les chats après l'ablation partielle des noyaux.
Suite à l'application de cocaïne sur le noyau caudé et les lésions résultantes produites, un "saut ou mouvement vers l'avant" a été observé chez les singes. En raison de son association avec des dommages au caudé, ce mouvement démontre la nature inhibitrice du noyau caudé. La « libération motrice » observée à la suite de cette procédure indique que le noyau caudé inhibe la tendance d'un animal à avancer sans résistance.
Fonctions cognitives
Action ciblée
Un examen des études de neuroimagerie, des études anatomiques de la connectivité caudée et des études comportementales révèle un rôle pour le caudé dans le fonctionnement exécutif. Une étude sur des patients atteints de la maladie de Parkinson (voir ci-dessous) peut également contribuer à un nombre croissant de preuves.
Une approche à deux volets de la neuro-imagerie (y compris la TEP et l' IRMf ) et des études anatomiques révèle une forte relation entre les aires caudée et corticale associées au fonctionnement exécutif : « des mesures non invasives de la connectivité anatomique et fonctionnelle chez l'homme démontrent un lien clair entre et les zones frontales exécutives."
Pendant ce temps, les études comportementales fournissent une autre couche à l'argument : des études récentes suggèrent que le caudé est fondamental pour l'action dirigée vers un objectif, c'est-à-dire « la sélection du comportement basée sur les valeurs changeantes des objectifs et une connaissance des actions menant à quels résultats. ." Une de ces études a présenté à des rats des leviers qui déclenchaient la libération d'une solution aromatisée à la cannelle. Après que les rats aient appris à appuyer sur le levier, les chercheurs ont modifié la valeur du résultat (on a appris aux rats à ne pas aimer la saveur soit en recevant trop de saveur, soit en rendant les rats malades après avoir bu la solution) et les effets ont été observés. Les rats normaux ont appuyé moins fréquemment sur le levier, tandis que les rats présentant des lésions dans le caudé n'ont pas supprimé le comportement aussi efficacement. De cette façon, l'étude démontre le lien entre le comportement caudé et orienté vers un but ; les rats avec des noyaux caudés endommagés ont eu des difficultés à évaluer la valeur changeante du résultat. Dans une étude sur le comportement humain de 2003, un processus similaire a été répété, mais la décision cette fois était de faire confiance ou non à une autre personne lorsque de l'argent était en jeu. Alors qu'ici, le choix était beaucoup plus complexe – les sujets n'étaient pas simplement invités à appuyer sur un levier, mais devaient peser une multitude de facteurs différents – au cœur de l'étude se trouvait toujours la sélection comportementale basée sur l'évolution des valeurs des résultats.
En bref, la neuroimagerie et les études anatomiques soutiennent l'affirmation selon laquelle le caudé joue un rôle dans le fonctionnement exécutif, tandis que les études comportementales approfondissent notre compréhension de la manière dont le caudé guide certains de nos processus de prise de décision.
Mémoire
La boucle sous-corticale du cortex dorso-préfrontal impliquant le noyau caudé a été liée à des déficits de la mémoire de travail, en particulier chez les patients schizophrènes . L'imagerie fonctionnelle a montré une activation de cette boucle sous-corticale lors de tâches de mémoire de travail chez des primates et des sujets humains sains. Le caudé peut également être associé à des déficits impliquant la mémoire de travail avant le début de la maladie. Le volume du noyau caudé s'est avéré inversement associé aux erreurs persistantes sur les tâches de mémoire de travail spatiale.
L' amygdale envoie des projections directes vers le noyau caudé. L' amygdale et le noyau caudé ont des projections directes et indirectes vers l' hippocampe . L'influence de l' amygdale sur le traitement de la mémoire dans le noyau caudé a été démontrée avec la découverte que les lésions impliquant les connexions entre ces deux structures "bloquent les effets d'amélioration de la mémoire de l' oxotrémorine infusée dans le noyau caudé". Dans une étude impliquant des rats ayant reçu un entraînement au labyrinthe aquatique, il a été découvert que le noyau caudé améliore la mémoire de l'entraînement visuel après l'injection d' amphétamine après l'entraînement dans le caudé.
Apprentissage
Dans une étude de 2005, on a demandé aux sujets d'apprendre à catégoriser les stimuli visuels en classant les images et en recevant des commentaires sur leurs réponses. L'activité associée à un apprentissage réussi de la classification (catégorisation correcte) était concentrée sur le corps et la queue du caudé, tandis que l'activité associée au traitement des commentaires (le résultat d'une catégorisation incorrecte) était concentrée sur la tête du caudé.
Dormir
Les lésions bilatérales de la tête du noyau caudé chez le chat étaient corrélées à une diminution de la durée du sommeil lent profond pendant le cycle veille-sommeil. Avec une diminution du volume total de sommeil profond à ondes lentes, la transition de la mémoire à court terme vers la mémoire à long terme peut également être affectée négativement. Cependant, les effets de l'élimination des noyaux caudés sur le schéma sommeil-éveil des chats n'ont pas été permanents. La normalisation a été découverte après une période de trois mois après l' ablation des noyaux caudés . Cette découverte pourrait être due à la nature interdépendante des rôles du noyau caudé et du cortex frontal dans le contrôle des niveaux d' activation du système nerveux central . Les chats avec retrait caudé, bien qu'hyperactifs en permanence, présentaient une diminution significative du temps de sommeil à mouvements oculaires rapides (REMS) qui n'a duré qu'environ deux mois. Cependant, les chats afrontaux avaient une diminution permanente du temps REMS et seulement une période temporaire d'hyperactivité.
Contrastant avec les associations entre le sommeil paradoxal "profond" et le noyau caudé, une étude impliquant des mesures EEG et IRMf pendant les cycles du sommeil humain a indiqué que le noyau caudé montre une activité réduite pendant le sommeil non paradoxal à tous les stades du sommeil. De plus, des études sur le volume des noyaux caudés humains chez des sujets atteints du syndrome d'hypoventilation centrale congénitale (CCHS) ont établi une corrélation entre le CCHS et une réduction significative du volume caudé gauche et droit. Le CCHS est une maladie génétique qui affecte le cycle du sommeil en raison d'une diminution de la volonté de respirer. Par conséquent, il a été suggéré que le noyau caudé joue un rôle dans les cycles du sommeil humain.
Émotion
Le noyau caudé a été impliqué dans les réponses à la beauté visuelle et a été suggéré comme l'un des "corrélats neuronaux de l'amour romantique".
Le comportement d'approche-attachement et l'affect sont également contrôlés par le noyau caudé. Les chats avec ablation bilatérale des noyaux caudés s'approchaient et suivaient avec persistance les objets, tentant de contacter la cible, tout en faisant preuve d'une disposition amicale en provoquant le piétinement des membres antérieurs et le ronronnement. L'ampleur des réponses comportementales était corrélée à l'étendue de l'élimination des noyaux. Des rapports de patients humains présentant des lésions sélectives du noyau caudé montrent des lésions caudées unilatérales entraînant une perte de motivation, un trouble obsessionnel-compulsif , un comportement persévérant lié au stimulus et une hyperactivité. La plupart de ces déficits peuvent être classés comme liés à des comportements d'approche-attachement, de l'approche d'une cible à l'amour romantique.
Langue
Des études de neuroimagerie révèlent que les personnes qui peuvent communiquer dans plusieurs langues activent exactement les mêmes régions cérébrales quelle que soit la langue. Une publication de 2006 étudie ce phénomène et identifie le caudate comme un centre de contrôle du langage. Dans le cas peut-être le plus illustratif, un sujet trilingue avec une lésion au caudé a été observé. La patiente a maintenu la compréhension du langage dans ses trois langues, mais lorsqu'on lui a demandé de produire un langage, elle a involontairement basculé entre les trois langues. En bref, « ces résultats et d'autres avec des patients bilingues suggèrent que le caudé gauche est nécessaire pour surveiller et contrôler les alternatives lexicales et linguistiques dans les tâches de production ».
Les déformations de la forme locale de la surface médiale du caudé ont été corrélées avec la capacité d'apprentissage verbal chez les femmes et le nombre d'erreurs de persévérance sur les tâches de mémoire de travail de fluidité spatiale et verbale chez les hommes. Plus précisément, un volume de noyau caudé plus important a été associé à de meilleures performances de fluidité verbale.
Une étude neurologique de la glossolalie a montré une réduction significative de l'activité du noyau caudé gauche pendant la glossolalie par rapport au chant en anglais.
Contrôle de seuil
Le cerveau contient de vastes collections de neurones reliés réciproquement par des synapses excitatrices , formant ainsi un vaste réseau d'éléments à rétroaction positive . Il est difficile de voir comment un tel système peut fonctionner sans un mécanisme quelconque pour empêcher l'activation explosive. Il existe des preuves indirectes que le caudé peut jouer ce rôle régulateur en mesurant l'activité générale du cortex cérébral et en contrôlant le potentiel seuil .
Signification clinique
La maladie d'Alzheimer
Une étude de 2013 a suggéré un lien entre les patients atteints d'Alzheimer et le noyau caudé. Les images IRM ont été utilisées pour estimer le volume des noyaux caudés chez les patients atteints de la maladie d'Alzheimer et les volontaires normaux. L'étude a révélé une "réduction significative du volume caudé" chez les patients atteints de la maladie d'Alzheimer par rapport aux volontaires normaux. Bien que la corrélation n'indique pas de causalité, la découverte peut avoir des implications pour le diagnostic précoce.
la maladie de Parkinson
La maladie de Parkinson est probablement le trouble des noyaux gris centraux le plus étudié. Les patients atteints de cette maladie neurodégénérative progressive présentent souvent d'abord des symptômes liés au mouvement (les trois plus courants étant les tremblements au repos, la rigidité musculaire et l' akathisie ) qui sont ensuite associés à diverses déficiences cognitives, y compris la démence. La maladie de Parkinson épuise les neurones dopaminergiques du tractus nigro-strié, une voie de la dopamine reliée à la tête du caudé. Ainsi, de nombreuses études ont corrélé la perte de neurones dopaminergiques qui envoient des axones au noyau caudé et le degré de démence chez les patients parkinsoniens. Et tandis qu'une relation a été établie entre le caudé et les déficiences motrices de Parkinson, le caudé a également été associé aux troubles cognitifs concomitants de la maladie de Parkinson. Une revue compare les performances des patients atteints de la maladie de Parkinson et des patients qui ont strictement souffert de lésions du lobe frontal dans le test de la Tour de Londres . Les différences de performance entre les deux types de patients (dans un test qui, en bref, oblige les sujets à sélectionner des objectifs intermédiaires appropriés avec un objectif plus large en tête) établit un lien entre l'action caudée et l'action dirigée vers un objectif. Cependant, les études ne sont pas concluantes. Bien que le caudé ait été associé à la fonction exécutive (voir « Action dirigée par un objectif »), il reste « tout à fait difficile de savoir si les déficits exécutifs chez [les patients de Parkinson] reflètent principalement leurs dommages corticaux ou sous-corticaux ».
La maladie de Huntington
Dans la maladie de Huntington , une mutation génétique se produit dans le gène HTT qui code pour la protéine Htt. La protéine Htt interagit avec plus de 100 autres protéines et semble avoir de multiples fonctions biologiques. Le comportement de cette protéine mutée n'est pas complètement élucidé, mais elle est toxique pour certains types de cellules, notamment dans le cerveau. Les dommages précoces sont plus évidents dans le striatum , mais à mesure que la maladie progresse, d'autres zones du cerveau sont également plus visiblement touchées. Les premiers symptômes sont attribuables aux fonctions du striatum et de ses connexions corticales, à savoir le contrôle du mouvement, de l'humeur et des fonctions cognitives supérieures.
Trouble d'hyperactivité avec déficit de l'attention
Une étude de 2002 établit une relation entre l'asymétrie caudée et les symptômes liés au TDAH . Les auteurs ont utilisé des images IRM pour comparer les volumes relatifs des noyaux caudés (car le caudé est une structure bilatérale) et ont établi un lien entre les asymétries et les symptômes du TDAH : ." Cette corrélation est congruente avec les associations antérieures du caudé avec le fonctionnement attentionnel. Une étude plus récente de 2018 a reproduit ces résultats et a démontré que les asymétries caudées liées au TDAH étaient plus prononcées dans les régions médiales dorsales du caudé.
Schizophrénie
Le volume de substance blanche dans le noyau caudé a été lié aux patients diagnostiqués avec la schizophrénie . Une étude de 2004 utilise l'imagerie par résonance magnétique pour comparer le volume relatif de substance blanche dans le caudé chez les patients atteints de schizophrénie. Les patients qui souffrent de la maladie ont "des volumes absolus et relatifs de substance blanche dans le noyau caudé inférieurs à ceux des sujets sains".
Bipolaire type I
Une étude de 2014 a révélé que les patients bipolaires de type I avaient un volume relativement plus élevé de matière grise et blanche dans le noyau caudé et d'autres zones associées au traitement de la récompense et à la prise de décision, par rapport aux témoins et aux sujets bipolaires II. Dans l'ensemble, la quantité de matière grise et blanche chez les patients bipolaires était inférieure à celle des témoins.
Trouble obsessionnel compulsif
Il a été émis l'hypothèse que le noyau caudé peut être dysfonctionnel chez les personnes atteintes de trouble obsessionnel compulsif (TOC), en ce sens qu'il peut être incapable de réguler correctement la transmission d'informations concernant des événements ou des idées inquiétantes entre le thalamus et le cortex orbitofrontal .
Une étude de neuroimagerie avec tomographie par émission de positons a révélé que le noyau caudé droit présentait le changement le plus important du métabolisme du glucose après que les patients aient été traités par la paroxétine . Récentes méta-analyses SDM de morphométrie voxel études comparant les personnes atteintes de TOC et des contrôles sains ont trouvé des personnes atteintes de TOC avoir augmenté la matière grise volumes bilatéraux noyaux lenticulaires , l' extension aux noyaux caudé, tandis que la diminution des volumes de la matière grise dans les accords bilatéraux dorsal frontal médian / gyri cingulaire antérieur . Ces résultats contrastent avec ceux des personnes souffrant d'autres troubles anxieux, qui montrent une diminution (plutôt qu'une augmentation) des volumes de matière grise dans les noyaux lenticulaires /caudés bilatéraux , tout en diminuant également les volumes de matière grise dans les gyri cingulaires bilatéraux médians frontaux / antérieurs .
Images supplémentaires
Deux vues d'un modèle du striatum (sur le côté droit du cerveau) : A, aspect latéral ; B, face médiale .
Coupe coronale à travers les cornes antérieures des ventricules latéraux.
Coupe coronale du cerveau à travers la commissure antérieure.
Dissection superficielle du tronc cérébral. Vue latérale. Le noyau caudé est visible au-dessus du nerf optique.
Dissection du tronc cérébral. Vue latérale.
Dissection profonde du tronc cérébral. Vue latérale.
Dissection profonde du tronc cérébral. Vue latérale.
Dissection superficielle du tronc cérébral. Vue ventrale.
Dissection du tronc cérébral. Vue dorsale.
Partie centrale et cornes antérieure et postérieure des ventricules latéraux exposées par le dessus.
Le noyau caudé
Le noyau caudé
Ventricules du cerveau et des noyaux gris centraux. Vue supérieure, coupe horizontale, dissection profonde
Ventricules du cerveau et des noyaux gris centraux. Gros plan sur l'image précédente
Noyaux caudés avec d'autres structures sous-corticales, dans le cerveau de verre
Noyau caudé surligné en vert sur les images IRM coronale T1
Noyau caudé surligné en vert sur les images IRM sagittales T1
Noyau caudé surligné en vert sur les images IRM transversales T1
