Neuro-anatomie et développement cérébral

Développement cérébral physiologique fœtal

Le développement cérébral débute pendant la période embryonnaire pour se poursuivre jusqu’à l’âge adulte. Une bonne connaissance des étapes de cette croissance et maturation cérébrale est un prérequis indispensable pour comprendre les enjeux de l’imagerie médicale. Cela est particulièrement vrai pour comprendre l’aspect en IRM du cerveau du nouveau-né grand prématuré, très proche de celui du fœtus. 2.1.1. Développement cérébral in utero Pour bien comprendre les enjeux d’une naissance prématurée, la connaissance préalable du développement cérébral in utero est indispensable. Le développement du système nerveux central se divise en deux phases principales : la première phase s’étend de 0 à 20 semaines d’aménorrhée (SA) avec les phénomènes de neurogenèse et de migration neuronale. Chez le fœtus, la multiplication cellulaire neuronale s’effectue dans la zone germinative (ou matrice germinale), localisée autour du système ventriculaire. Dès 6 SA, les cellules neuronales débutent une migration radiaire en direction de la surface cérébrale, pour constituer le ruban cortical. Progressivement la zone germinative diminue de volume tandis que le ruban cortical s’épaissit (Illustration 1). Cet aspect dit en « multi-couches » en imagerie (N. J. Girard & Raybaud, 1992) avec une zone germinative périventriculaire, une couche intermédiaire de cellules migrantes et le cortex cérébral, est visualisable jusqu’à environ 28 semaines de gestation (Glenn, 2009; Kostovic & Vasung, 2009). Illustration 1 : coupe microscopique de parenchyme cérébral. Courtoisie du Dr Antoinette Gelot. Neuro-anatomie et développement cérébral 16 Dans le même temps, les principaux composants anatomiques du système nerveux central s’organisent avec la constitution de quatre subdivisions définitives : • le prosencéphale, constitué du télencéphale (futurs hémisphères, ventricules latéraux et striatum) et du diencéphale (3è ventricule et thalami), • le mésencéphale, constitué des futurs tubercules quadrijumeaux, du noyau rouge, du locus niger, des locus caeruleus et des noyaux de la IIIème paire crânienne, • le rhombencéphale, renfermant les noyaux moteurs en position médiane et les noyaux sensoriels en position latérale. Le rhombencéphale est lui-même constitué du métencéphale (future protubérance) et du myélencéphale (futur bulbe), • le cervelet, dont l’anatomie est complète à 15 SA, et dont les principales fissures sont déjà visibles. On peut distinguer les lobes antérieur et postérieur du vermis, séparés par la fissure primaire. La deuxième phase, à partir de 20 SA, consiste en la mise en place de circuits cérébraux fonctionnels (synaptogenèse, remodelage de circuit, myélinisation) et se poursuit jusqu’à l’âge adulte. Lors du dernier trimestre se produit la giration : plissement de la surface télencéphalique, associé à un épaississement du cortex, qui complexifie la morphologie du cerveau de façon croissante avec l’âge. Les gyri et les sillons deviennent ensuite visibles macroscopiquement. Les sillons primaires sont les premières indentations à la surface du cerveau, fixes au sein d’une espèce, puis apparaissent les sillons secondaires et tertiaires, variables selon les individus. Cette variabilité de la forme des sillons, en particulier tertiaire, complexifie l’analyse des images et le travail de segmentation, que ce soit manuellement ou lors de la création d’atlas, comme nous le verrons plus loin.

Myélinisation Parallèlement à la croissance cérébrale se produit le phénomène de myélinisation.

Les oligodendrocytes matures localisés dans le tissu de soutien cérébral assurent la myélinisation. La myéline est un composant graisseux (galactocérébrosides), qui forme une gaine autour des axones du système nerveux central. Cette gaine n’est pas continue et laisse à intervalles réguliers des portions d’axones non myélinisés : les nœuds de Ranvier. Cette gaine permet d’augmenter la rapidité de la transmission de l’information nerveuse, en permettant une conduction saltatoire, de nœud de Ranvier en nœud de Ranvier. L’évolution de la myélinisation se fait selon un schéma temporel et spatial connu, respectant une organisation caudo-rostrale, avec une extension postéro-antérieure et centrifuge au niveau cérébral (A. James Barkovich, 2000; Guleria & Kelly, 2014). L’importance de la myélinisation permet d’apprécier le degré de maturation cérébrale. Un retard peut être mis en évidence chez les nouveau-nés prématurés.

Substance grise et substance blanche

La conjonction de la croissance et de la myélinogenèse aboutit à la formation du cerveau, avec deux composantes principales : la substance grise et la substance blanche. La substance grise, composée de corps cellulaires de neurones, de dendrites et de synapses, forme le cortex cérébral et les noyaux gris centraux. La substance blanche est composée essentiellement d’axones en cours de myélinisation. La substance grise et la substance blanche sont bien différenciées en IRM, sur les pondérations en T1 et T2. En période néo-natale, la substance blanche non myélinisée a un T1 et un T2 plus élevés que ceux de la substance grise, donnant un contraste « inverse » de celui observé chez l’adulte (Illustration 2). Ces aspects seront détaillés dans le chapitre 3.