La destination ultime des voies afférentes au cortex cérébelleux est un type cellulaire distinctif appelé cellule de Purkinje (figure 19.8). Cependant, l’entrée du cortex cérébral vers les cellules de Purkinje est assez indirecte. Les neurones des noyaux pontins reçoivent une projection du cortex cérébral et relaient ensuite l’information au cortex cérébelleux controlatéral. Les axones provenant des noyaux pontins et d’autres sources sont appelés fibres moussues en raison de l’aspect de leurs terminaisons synaptiques. Les fibres moussues font synapse sur les cellules granuleuses de la couche des cellules granuleuses du cortex cérébelleux (voir figures 19.8 et 19.9). Les cellules granuleuses cérébelleuses sont généralement considérées comme la classe de neurones la plus abondante du cerveau humain. Elles donnent naissance à des axones spécialisés appelés fibres parallèles qui montent jusqu’à la couche moléculaire du cortex cérébelleux. Les fibres parallèles bifurquent dans la couche moléculaire pour former des branches en forme de T qui relaient l’information via des synapses excitatrices sur les épines dendritiques des cellules de Purkinje.
Figure 19.8
Neurones et circuits du cervelet. (A) Types de neurones dans le cortex cérébelleux. Notez que les différentes classes de neurones se trouvent dans des couches distinctes. (B) Schéma montrant les entrées convergentes sur la cellule de Purkinje provenant des fibres parallèles et du circuit local (suite…)
Figure 19.9
Connexions excitatrices et inhibitrices dans le cortex cérébelleux et les noyaux cérébelleux profonds. L’entrée excitatrice des fibres moussues et des fibres grimpantes vers les cellules de Purkinje et les cellules nucléaires profondes est fondamentalement la même. Une entrée convergente supplémentaire sur les (suite…)
Les cellules de Purkinje présentent la caractéristique histologique la plus frappante du cervelet. Des dendrites élaborées s’étendent dans la couche moléculaire à partir d’une seule couche sous-jacente de ces corps cellulaires nerveux géants (appelée couche de Purkinje). Une fois dans la couche moléculaire, les dendrites des cellules de Purkinje se ramifient largement dans un plan perpendiculaire à la trajectoire des fibres parallèles (figure 19.8A). Ainsi, chaque cellule de Purkinje est en mesure de recevoir des informations d’un grand nombre de fibres parallèles, et chaque fibre parallèle peut contacter un très grand nombre de cellules de Purkinje (de l’ordre de dizaines de milliers). Les cellules de Purkinje reçoivent une entrée modulatrice directe sur leurs tiges dendritiques à partir des fibres grimpantes, qui prennent toutes naissance dans l’olive inférieure (figure 19.8B). Chaque cellule de Purkinje reçoit de nombreux contacts synaptiques d’une seule fibre grimpante. Dans la plupart des modèles de fonctionnement du cervelet, les fibres grimpantes régulent le mouvement en modulant l’efficacité de la connexion des fibres moussues-parallèles avec les cellules de Purkinje.
Les cellules de Purkinje se projettent à leur tour vers les noyaux cérébelleux profonds. Elles sont les seules cellules de sortie du cortex cérébelleux. Comme les cellules de Purkinje sont GABAergiques, la sortie du cortex cérébelleux est entièrement inhibitrice. Cependant, les noyaux cérébelleux profonds reçoivent des entrées excitatrices provenant des collatérales des fibres moussues et grimpantes. L’inhibition des cellules de Purkinje des noyaux profonds sert à moduler le niveau de cette excitation (figure 19.9).
Les entrées des neurones du circuit local modulent l’activité inhibitrice des cellules de Purkinje et se produisent à la fois sur les tiges dendritiques et sur le corps cellulaire. Les plus puissantes de ces entrées locales sont les complexes inhibiteurs de synapses réalisés autour des corps des cellules de Purkinje par les cellules en panier (voir figure 19.8A,B). Un autre type de neurone de circuit local, la cellule stellaire, reçoit les entrées des fibres parallèles et fournit une entrée inhibitrice aux dendrites des cellules de Purkinje. Enfin, la couche moléculaire contient les dendrites apicales d’un type de cellule appelé cellules de Golgi ; ces neurones ont leur corps cellulaire dans la couche de cellules granulaires. Les cellules de Golgi reçoivent les entrées des fibres parallèles et fournissent une rétroaction inhibitrice aux cellules d’origine des fibres parallèles (les cellules granuleuses).
Ce circuit de base se répète encore et encore à travers chaque subdivision du cervelet chez tous les mammifères et constitue le module fonctionnel fondamental du cervelet. La modulation du flux de signaux à travers ces modules constitue la base à la fois de la régulation en temps réel du mouvement et des changements à long terme de la régulation qui sous-tendent l’apprentissage moteur. La meilleure façon de décrire le flux de signaux dans ce circuit intrinsèque, certes complexe, est de se référer aux cellules de Purkinje (voir figure 19.9). Les cellules de Purkinje reçoivent deux types d’entrées excitatrices de l’extérieur du cervelet, l’une directement par les fibres grimpantes et l’autre indirectement par les fibres parallèles des cellules granuleuses. Les cellules de Golgi, les cellules stellaires et les cellules en panier contrôlent le flux d’informations dans le cortex cérébelleux. Par exemple, les cellules de Golgi forment une rétroaction inhibitrice qui peut limiter la durée de l’entrée des cellules de granule dans les cellules de Purkinje, tandis que les cellules de panier fournissent une inhibition latérale qui peut concentrer la distribution spatiale de l’activité des cellules de Purkinje. Les cellules de Purkinje modulent l’activité des noyaux cérébelleux profonds, qui sont pilotés par l’entrée excitatrice directe qu’ils reçoivent des collatérales des fibres moussues et grimpantes.
La modulation de la sortie cérébelleuse se produit également au niveau des cellules de Purkinje (voir figure 19.9). Cette dernière modulation pourrait être responsable de l’aspect apprentissage moteur de la fonction cérébelleuse. Selon un modèle proposé par Masao Ito et ses collègues de l’université de Tokyo, les fibres grimpantes relaient le message d’une erreur motrice aux cellules de Purkinje. Ce message produit des réductions à long terme des réponses des cellules de Purkinje aux entrées des fibres moussues-parallèles. Cet effet inhibiteur sur les réponses des cellules de Purkinje désinhibe les noyaux cérébelleux profonds (pour un exposé du mécanisme cellulaire probable de cette réduction à long terme de l’efficacité de la synapse des fibres parallèles sur les cellules de Purkinje, voir le chapitre 25). En conséquence, la sortie du cervelet vers les diverses sources de motoneurones supérieurs est améliorée, de la même manière que ce processus se produit dans les ganglions de la base (voir chapitre 18).
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