Pont (de Varole) ou protubérance annulaire
Substance grise centrale (PCG)
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La substance grise centrale du pont (PCG) est un groupe cellulaire distinct dans les régions caudoventrales de la substance grise périventriculaire pontique, adjacent au noyau tegmental dorsal (DTN).
La PCG, mal connue, a surtout été étudiée pour son rôle dans :
- la régulation veille-sommeil (Discharge Profiles across the Sleep–Waking Cycle of Identified Cholinergic, GABAergic, and Glutamatergic Neurons in the Pontomesencephalic Tegmentum of the Rat 2014).
- le relais sensoriel (A Non-canonical Reticular-Limbic Central Auditory Pathway via Medial Septum Contributes to Fear Conditioning 2018).
Toutefois, des études récentes l'ont impliqué dans le traitement de la valence, i.e. aversive versus appétitive par ses connections avec différentes aires impliquées aussi dans ce processus.
L'essentiel de ce chapitre est tiré de l'excellent article : Glutamatergic and GABAergic neurons in pontine central gray mediate opposing valence-specific behaviors through a global network (2023).
(Figure : vetopsy.fr d'après Xiao et coll)
Vue d'ensemble
Les neurones glutamatergiques et GABAergique de la substance grise centrale du pont (PCG) codent respectivement pour les valences négative et positive et sont impliqués respectivement les comportements aversifs et appétitifs.
- Les neurones glutamatergiques sont activés par des stimuli sensoriels aversifs et conduisent à un comportement d'évitement.
- Les neurones GABAergiques sont activés par des stimuli gratifiants et stimulent un comportement appétitif.
Dans la PCG, une étape de traitement de valence de l’information sensorielle précède le système limbique classique.
La PCG pourrait servir de nœud critique dans les voies sensorielles ascendantes pour traiter les informations spécifiques à la valence des signaux sensoriels entrants et assurer la médiation des réponses comportementales appropriées.
Connections de la PCG
Entrées de la PCG
Les propriétés de codage de valence des neurones glutamatergiques et GABAergiques de la PCG peuvent être modulées par une multitude de projections, ascendantes et descendantes, à différentes échelles de temps en fonction de la source d'entrée.
Les neurones glutamatergiques et GABAergiques de la PCG reçoivent des entrées provenant de sources étendues et partiellement chevauchantes :
- des régions mésencéphaliques,
- du thalamus,
- de l'hypothalamus,
- du télencéphale basal,
- du cortex.
(Figure : vetopsy.fr d'après Xiao et coll)
1. L’apport le plus important aux neurones glutamatergiques provient du noyau réticulaire pontin (PRN), qui est un noyau multisensoriel (Tactile, acoustic and vestibular systems sum to elicit the startle reflex 2002).
- Le PRN est considéré comme une interface sensorimotrice et les informations multisensorielles peuvent être relayées via le PRN vers d’autres structures cérébrales (The acoustic startle response in rats–circuits mediating evocation, inhibition and potentiation 1997).
- Les neurones glutamatergiques de la PCG reçoivent une entrée multisensorielle ascendante du PRN, qui se situe à un niveau inférieur dans la hiérarchie basée sur la latence d’apparition des réponses aux stimuli sonores aversifs (A Non-canonical Reticular-Limbic Central Auditory Pathway via Medial Septum Contributes to Fear Conditioning 2018).
(Figure : vetopsy.fr d'après Zhang et coll)
2. Les neurones PCG GABAergiques reçoivent leur entrée la plus importante provient du cortex orbitofrontal (OFC) impliqué dans le traitement de la valeur de récompense, de l'humeur et de l'émotion (The orbitofrontal cortex: reward, emotion and depression 2020).
a. Bien qu’il existe de nombreux stimuli sensoriels intrinsèquement aversifs, les signaux intrinsèquement gratifiants sont rares et souvent l’attribution d’une valence positive dépend fortement du contexte, de l’expérience antérieure ou des états internes de l’animal (Valence coding in amygdala circuits 2019).
b. L’attribution d’une valence positive doit être fortement modulée par une entrée descendante, par exemple une entrée corticale frontale orbitale qui représente des évaluations de l'environnement ou des informations sur des connaissances antérieures.
- L'OFC code pour des signaux cognitifs de haut niveau (Abstract Context Representations in Primate Amygdala and Prefrontal Cortex 2015) et Over the river, through the woods: cognitive maps in the hippocampus and orbitofrontal cortex 2016).
- En exerçant une influence sur l'expression spécifique à la valence du comportement motivationnel via sa projection sur PCG, l'OFC peut alors jouer un rôle dans la régulation cognitive de l'émotion.
Compte tenu des entrées descendantes importantes du cortex frontal vers ses neurones GABAergiques, le PCG peut non seulement servir de nœud important dans les voies sensorielles ascendantes, mais peut également jouer d'autres rôles dans les comportements émotionnels.
3. La PCG reçoit également des informations de plusieurs autres régions.
a. Le noyau interpédonculaire (IPN), sortie de l'habenula médiane (MHb), est impliqué dans la dépendance, l'anxiété et la régulation de l'humeur (The medial habenula and interpeduncular nucleus circuitry is critical in addiction, anxiety, and mood regulation 2017).
b. De plus, il reçoit des informations excitatrices d'autres régions connues pour être impliquées dans le traitement de valence :
- l'habenula latérale (LHb), structure impliquée dans la traitement des informations et de l'humeur aversives,
- l'aire tegmentale ventrale (VTA),
- l'hypothalamus latéral (LH).
Projections de la PCG
Les projections de la PCG, glutamatergiques et GABAergiques, sont dirigées essentiellement vers les mêmes cibles dans le mésencéphale, le thalamus, l'hypothalamus et le cerveau antérieur basal.
Voies ascendantes
Voie dorsale
Les neurones de la PCG, en particulier glutamatergiques, envoient des projections denses au noyau médio-dorsal (MD) du thalamus.
Ce noyau est interconnecté avec le cortex préfrontal (PFC) et joue un rôle essentiel dans les comportements cognitifs complexes et la prise de décision (Cognitive Functions and Neurodevelopmental Disorders Involving the Prefrontal Cortex and Mediodorsal Thalamus 2018 et Reciprocal Circuits Linking the Prefrontal Cortex with Dorsal and Ventral Thalamic Nuclei 2018).
Voie ventrale
1. La PCG innerve également des aires qui sont impliqués dans la régulation des fonctions liées à l'hippocampe, notamment le traitement de la mémoire, l'apprentissage spatial, la navigation et les oscillations thêta i.e. :
- le septum médial (MS) et les noyaux de la bandelette digonale de Broca (Septo–hippocampal interaction 2018),
- le noyau supramammillaire (SuM) et le noyau mammillaire médial ou MM (The mammillary bodies and memory: more than a hippocampal relay 2015).
2. L'effet de valence négatif de la voie ventrale est obtenu principalement, outre MS/DBB, grâce aux projections glutamatergiques sur :
- l'aire tegmentale ventrale (VTA),
- l'hypothalamus latéral (LH),
- l'aire préoptique latérale (LPO).
3. L'effet positif réside dans les projections GABAergiques, outre MS/DBB, sur :
- la VTA,
- le LH.
En raison du chevauchement important de ces cibles, l'effet suppressif local au sein de la PCG peut servir de mécanisme simple pour produire des effets de valence opposés par les deux types de cellules PCG tandis que la différence peut refléter une différence dans la façon dont les valences négative et positive les informations sont traitées en aval de PCG (Neural Circuit Motifs in Valence Processing 2018).
a. L'activation des neurones dopaminergiques VTA provoque une préférence de lieu et la suppression des neurones dopaminergiques VTA en activant les neurones GABAergiques VTA conduit à une aversion pour le lieu, i.e. évitement.
Les axones glutamatergiques et GABAergiques de la PCG peuvent converger vers des neurones GABAergiques de la VTA uniques dans une configuration de circuit analogue à un motif dit de " composants opposés ", i.e. opposing components.
(Figure : vetopsy.fr d'après Kay M.Tye)
b. L'activation des neurones GABAergiques du LH favorise les phénotypes d'alimentation et de récompense, alors que celle des neurones glutamatergiques LHA supprime l'alimentation et produit des phénotypes comportementaux aversifs.
Alternativement, via un motif de " lignes marquées ", i.e. labeled lines, les neurones glutamatergiques et GABAergiques de la PCG peuvent relayer les informations de valence négative et positive en parallèle aux neurones glutamatergiques et GABAergiques de l'étape suivante, respectivement, par exemple dans LH et MS/DB, d'où les informations de valence sont ensuite traitées.
Voies du tronc cérébral
La PCG projette aussi sur :
- le région locomotrice mésencéphalique (MLR), i.e région qui chevauche chez les mammifères, le noyau cunéiforme, le noyau réticulaire mésencéphalique et le noyau tegmental pédonculopontin (PPN), impliquée, comme son nom l'indique, dans la locomotion (Cell-Type-Specific Control of Brainstem Locomotor Circuits by Basal Ganglia 2016).
- le noyau médian du raphé (MRN), jouant un rôle central dans la régulation de l'humeur, de la peur et de l'anxiété et de la consolidation de la mémoire (Median raphe controls acquisition of negative experience in the mouse 2019)
- la substance grise périacqueducale (PAG).
L'activité de la PCG pourrait impliquer un vaste réseau cérébral et servir de plaque tournante pour contrôler un ensemble de fonctions, même au-delà du traitement de valence.
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