Amygdale (cerveau)

Coupe transversale des noyaux amygdaliens, situés par rapport à l'hippocampe.

L'amygdale des primates est un complexe de noyaux en forme d'amande composé d'au moins 13 noyaux situés dans la région antéromédiale du lobe temporal[2]. Du point de vue de la connectivité, ce complexe de noyaux peut être classé en trois groupes[3] :

• les noyaux corticomédians, qui sont connectés avec le bulbe olfactif et le cortex olfactif ;
• les noyaux basolatéraux, avec le cortex cérébral, en particulier avec les aires sensorielles associatives ;
• les noyaux centraux et antérieurs, avec le tronc cérébral, l'hypothalamus et les régions viscéro-sensibles comme le noyau du faisceau solitaire.

L’amygdale connait une croissance considérable au cours des premières années[4]. Pendant cette période, les structures limbiques féminines se développent plus rapidement que celles des hommes. Chez les femmes, l’amygdale atteint son plein potentiel de croissance environ un an et demi avant le pic de développement masculin. De ce fait, l’amygdale mâle est relativement plus grande.

L'amygdale est riche en récepteurs aux androgènes « des récepteurs nucléaires qui se lient à la testostérone » qui jouent un rôle dans l'expression des gènes. Bien que la testostérone soit aussi présente dans les systèmes hormonaux féminins, les hommes ont des niveaux de testostérone supérieurs. Le volume de matière grise sur l'amygdale est dépendant du niveau de testostérone, ce qui peut contribuer à l'augmentation de la masse de l'amygdale masculine. En plus de la taille, il existe des différences de développement observables entre les amygdales droite et gauche. L'amygdale gauche atteint son développement maximal environ 1,5 à 2 ans avant l'amygdale droite.

L'amygdale droite est associée à la réponse à des stimuli effrayants et à la reconnaissance du visage. On en déduit que le développement précoce de l'amygdale gauche permet aux nourrissons de détecter un danger[4]. Dans l'enfance, l'amygdale réagit différemment aux personnes du même sexe par rapport aux personnes du sexe opposé. Cette réactivité diminue jusqu'à l'adolescence, où elle augmente considérablement à la puberté[5].

L'amygdale est l'une des régions du cerveau les mieux comprises en ce qui concerne les dimorphisme sexuel. L'amygdale est plus grande chez les hommes que chez les femmes, chez les enfants âgés de 7 à 11 ans[6], chez les adultes[7] comme chez les rats adultes[8]). En 2019, une étude a observé sur modèle murin une influence des hormones stéroïdiennes sur le développement prénatal de l’amygdale, se traduisant par des jeux sociaux plus violents chez les jeunes mâles. En effet, à un moment critique du développement de l'amygdale, les endocannabinoïdes favorisent la phagocytose des astrocytes par la microglie, contribuant ainsi à la différentiation sexuelle de cet organe affectant le comportement social de l'individu[9].

Outre la taille, d'autres différences fonctionnelles et structurelles entre les amygdales masculines et féminines ont été observées. On a observé l'activation de l'amygdale chez des sujets visualisant un film d'horreur et de stimuli subliminaux. Les résultats de l'étude ont montré une latéralisation différente de l'amygdale chez les hommes et les femmes. La mémoire pour le film était corrélée à une activité accrue de l'amygdale gauche chez les femmes, droite chez les hommes[10]. Une étude a montré qu'en moyenne les femmes ont tendance à mieux retenir les événements émotionnellement forts que les hommes[11].

L'amygdale droite est liée autant à la prise d’action qu’aux émotions négatives[12], ce qui peut aider à expliquer pourquoi les hommes ont tendance à réagir physiquement aux stimuli stressants sur le plan émotionnel. L'amygdale gauche permet le souvenir de détails, mais induit également des réponses aux stimuli émotionnellement stressants plus en pensées qu'en actions.

La majorité des fibres arrivant et partant du complexe corticomédian passent par la strie terminale, une voie qui court à la limite interne du noyau caudé.

Principales afférences vers l'amygdale

Afférences de l'amygdale (sur une coupe sagittale).

Les voies pénétrant dans l'amygdale peuvent être classées en 6 catégories[13] suivant leur origine :

1. Le bulbe olfactif : les fibres partant du bulbe olfactif aboutissent dans le noyau cortical ;
2. L'hypothalamus (noyau ventromédian, aire latérale) ainsi que le noyau du lit de la strie terminale se projettent sur la partie médiane et le noyau central ;
3. Le thalamus (noyaux intralaminaires, corps genouillé médian) ;
4. Le tronc cérébral (substance noire, aire tegmentale ventrale, raphe, locus coeruleus, noyau solitaire…) se projette sur le noyau central ;
5. L'hippocampe envoie des fibres des champs CA1 vers les noyaux centraux et basolatéraux ;
6. Le cortex cérébral (cortex orbitofrontal, cingulaire, insulaire, temporal) se projette sur les parties basolatérales ou profondes de l'amygdale.

Principales efférences issues de l'amygdale

Efférences de l'amygdale.

Les voies sortant de l'amygdale sont classées en 5 catégories suivant qu'elles se projettent sur :

1. l'hypothalamus : les fibres provenant des noyaux corticomédians passent principalement par la strie terminale et aboutissent sur l'aire septopréopticohypothalamique. Les fibres se projetant sur les noyaux du lit de la strie terminale (BST) sont très développées ;
2. le thalamus dorsal reçoit des projections des noyaux basolatéraux ;
3. le tronc cérébral : les fibres provenant des noyaux centraux descendent surtout vers la substance noire, le raphe et la formation réticulée : une partie importante de ces fibres sont GABAergiques ;
4. le striatum : les fibres provenant des noyaux basaux passent par la strie terminale et se projettent sur le striatum ventral (noyau accumbens) et dorsal (noyau caudé, putamen) ;
5. le cortex cérébral (tout le cortex à l'exception du lobe pariétal et du cuneus) : les fibres provenant des noyaux basolatéraux se projettent sur le cortex entorhinal qui représente la voie d'entrée principale de l'hippocampe.

La fonction essentielle de l'amygdale est de décoder les stimuli qui pourraient être menaçants pour l'organisme.

La partie basolatérale de l'amygdale est directement connectée avec les structures corticales qui lui envoient des informations visuelles, auditives, somatosensorielles et gustatives provenant de l'environnement. Les noyaux centraux reçoivent les informations olfactives. Ces diverses informations sensorielles sont ensuite transmises, via les connexions internes du complexe amygdalien, à l'amygdale centromediale[13].

Lorsque ces informations sont analysées comme dangereuses pour l'organisme (ou peut-être plus généralement comme pertinentes), elles vont donner lieu à l'activation de voies de sortie en direction de l'hypothalamus et du tronc cérébral. Ces voies sont idéalement appropriées pour générer des réponses du système endocrinien, du système nerveux autonome et des voies somatomotrices associées aux émotions. L'amygdale donne la dimension émotionnelle des expériences sensorielles pertinentes pour l'organisme.

Les circuits de la peur

Amygdale et hippocampe, sur une coupe anatomique axiale (d'après Digital Anatomist, Univ. Washington).

Le complexe amygdalien fait partie du circuit de la peur que Joseph Ledoux[14] - [15] a divisé en deux :

• une voie courte : traitement sensoriel → thalamus → amygdale → réponse
• une voie longue : traitement sensoriel → thalamus → cortex cérébral → hippocampe / amygdale → réponse.

L'analyse du stimulus par le cortex va maintenir ou freiner l'action de l'amygdale sur les structures cérébrales responsables de l'expression physiologiques de la peur.

Le « serpent de Joseph LeDoux »[16] (1994) illustre l'action de ce circuit. Un promeneur marche dans la nature et voit ce qu'il prend pour un serpent. La voie courte active une réponse instantanée de sursaut et de recul de frayeur. Par la voie longue, après une courte latence, l'information arrive au cortex visuel (lobes occipitaux) puis au cortex sémantique (lobes temporaux). S'il s'agit bel et bien d'un serpent, le cortex visuel renforce l'action amygdalienne et maintient les réponses corporelles. S'il s'agit d'un bâton, l'action amygdalienne est freinée et les réponses corporelles s'estompent.

L'action amygdalienne a un rôle de survie : il vaut mieux prendre le bâton pour un serpent et agir en toute sécurité plutôt que de risquer de prendre un serpent pour un bâton.

Le point central du modèle d'activation par la peur de LeDoux (1996) est que l'amygdale peut être activée rapidement et inconsciemment par une « voie basse » passant par le thalamus sans monter jusqu'au cortex. Cette voie a été précisée par Morris et al.[17] (1999) qui ont montré que l'activation de l'amygdale droite par un stimulus masqué (non vu consciemment) s'effectuait via les colliculus supérieurs et le pulvinar (du thalamus) sans passer par le cortex :

traitement visuel → colliculus sup.→ pulvinar → amygdale droite → réponse

La « voie haute » qui passe par le thalamus et le cortex visuel primaire va ensuite dans le lobe temporal sur le sillon temporal supérieur et le gyrus fusiforme puis sur l'amygdale. Elle peut fournir une analyse très raffinée mais plus lente que la « voie basse », qui elle, est très rapide mais assez grossière. La voie basse sous-corticale ne demande pas d'attention, elle est automatique. Au contraire, la voie haute corticale est indirecte et intègre des informations cognitives plus élaborées.

L'apprentissage de la peur

Les expériences chez le rat, concernant le conditionnement classique à la peur (LeDoux[14], 1998) montrent que ce circuit est déjà présent chez de nombreux mammifères.

Le conditionnement classique aversif
Phase de répétition	Stimulus neutre SC　↔ son	Stimulus inconditionnel SI 　choc électrique　—→	Réponse inconditionnelle RI figement
2e phase	Stimulus conditionnel SC	————————→	Réponse conditionnée émotionnelle RCE

Selon le modèle d'étude de LeDoux, on associe un stimulus désagréable « non équivoque » (décharge électrique par exemple), le stimulus de peur non conditionné (ou inconditionnel) SI, à un stimulus en soi neutre (un son par exemple), le stimulus de peur conditionné SC. Le stimulus neutre, seul, entraîne uniquement une action exploratoire chez le rat. Après répétition de l'association SC-SI, le rat va réagir de la même manière au stimulus conditionné qu'au stimulus non conditionné, même en absence de ce dernier : il s'immobilise totalement, il se fige (freezing).

Contionnement aversif, d'après Phelps et LeDoux[25] 2005
L : noyau latéral, C noyau central.

Avant le conditionnement, le stimulus inconditionnel SI (choc électrique) provoquait une réponse inconditionnelle RI (figement). Après le conditionnement, le stimulus neutre (son) acquiert des propriétés aversives et devient un stimulus conditionnel SC capable d'évoquer une réponse conditionnée émotionnelle RCE (peur, figement).

Cette méthodologie valide l'hypothèse du circuit de la peur puisque si on lèse le cortex auditif ou l'hippocampe du rat après le conditionnement, la réponse à la peur est maintenue. En revanche, elle est éliminée si on lèse l'amygdale. Cet apprentissage correspond donc bien à des phénomènes de plasticité dans plusieurs structures amygdaliennes. Le noyau latéral basal serait le lieu de convergence entre les informations non conditionnées et les informations conditionnées.

Dans l'amygdale, le noyau latéral L est la porte d'entrée des informations sensorielles provenant du thalamus ou du cortex et le noyau central C se comporte comme la porte de sortie vers l'hypothalamus et le tronc cérébral[25]. Le noyau latéral L se projette directement et indirectement sur le noyau central. Des études électrophysiologiques[26] ont identifié deux groupes de cellules dans le noyau latéral, le premier impliqué dans l'apprentissage initial et le second dans le stockage mnésique. Ces régions comporteraient environ 12 000 neurones et seraient situées dans la partie dorsale du noyau latéral.

Classification des systèmes de mémoire à long terme d'après Squire 2004.

• Hippocampe et amygdale sous-tendent deux systèmes de mémoire

Il est maintenant bien établi qu'il existe plusieurs systèmes de mémoire contrôlés par des substrats neuronaux distincts et en interaction. On distingue dans la mémoire à long terme[31] :
- la mémoire déclarative : elle concerne des faits et événements qui peuvent être récupérés par un effort conscient et être décrits verbalement. Elle dépend essentiellement de l'intégrité de la formation hippocampique. Elle concerne soit des événements autobiographiques ancrés dans le temps et l'espace (mémoire épisodique) soit des concepts généraux (mémoire sémantique)
- la mémoire non déclarative recouvre différents types de mémorisation qui sont encore possibles chez les amnésiques. Il peut s'agir d'habiletés comme faire du vélo (mémoire procédurale), de conditionnements classiques pavloviens, de l'apprentissage non associatif (sensibilisation, habituation comme l'habituation au tic-tac d'une horloge) ou d'amorçage.

L'amygdale intervient dans les systèmes de mémorisation là où l'émotion intervient. On la retrouve dans deux systèmes[32] :
Le premier système est non déclaratif et est spécialisé dans le traitement des émotions principalement négatives. L'amygdale joue un rôle essentiel dans le conditionnement classique aversif dans lequel un stimulus neutre est associé avec un événement désagréable (voir section précédente). Le second système est déclaratif et concerne la mémoire épisodique. Il est contrôlé par le complexe hippocampique. Mais lorsque les souvenirs sont marqués par l'émotion, l'amygdale entre en jeu pour renforcer la rétention mnésique.

L'indépendance de la mémoire épisodique et du conditionnement classique peut être mis en évidence en neuropsychologie avec des patients ayant une lésion de l'hippocampe ou de l'amygdale. Prenons le cas d'un conditionnement aversif classique dans lequel un carré bleu est associé avec un choc électrique désagréable au poignet : un patient ayant une lésion de l'amygdale n'a aucune manifestation physiologique de peur à la vue d'un carré bleu même s'il est capable de se souvenir qu'un carré bleu est associé à un électrochoc. Et un patient présentant une lésion bilatérale de l'hippocampe exprime l'inverse : à la vue d'un carré bleu il manifeste une réponse conditionnée émotionnelle de peur mais est incapable de rapporter explicitement l'expérience de conditionnement passée. L'indépendance de ces deux systèmes mnésiques mis en évidence par cette double dissociation n'exclut pas leur coopération dans le traitement des souvenirs chargés d'émotions.

• Modulation de la mémoire émotionnelle épisodique

Certains événements ayant une dimension affective importante s'inscrivent plus ou moins durablement dans la mémoire. Cinquante ans plus tard, on peut encore se souvenir des premiers amours, d'une dispute avec un copain ou de la lecture d'un livre remarquable. Ces souvenirs portant une forte imprégnation émotive constituent ce qu'on appelle la mémoire émotionnelle. Le souvenir d'un événement chargé d'émotion est généralement accru et plus durable que celui d'un événement neutre[33]. L'augmentation de la rétention mnésique d'événements émotionnellement connotés s'explique par l'influence de l'agmygdale sur la phase d'encodage puis de consolidation du souvenir.
- L'amygdale renforce l'encodage des souvenirs. Plusieurs études ont montré que l'émotion peut accroître l'éveil et faciliter la mémoire épisodique[32].
- L'amygdale module la consolidation des souvenirs épisodiques. Les souvenirs dépendant de l'hippocampe ne sont pas stockés d'une manière tout ou rien comme sur un ordinateur. Après avoir été encodée, il existe une période de grande fragilité de la trace mnésique qui pour ne pas disparaître doit être consolidée. La phase d'apprentissage lorsqu'elle s'accompagne d'une charge émotionnelle induit une libération d'adrénaline et de glucocorticoïdes par les glandes surrénales. L'adrénaline active le nerf vague qui par diverses voies entraîne une libération de noradrénaline allant activer des récepteurs noradrénergiques du complexe basolatéral de l'amygdale. Les glucocorticoïdes participent aussi à la potentialisation de ce signal noradrénergique amygdalien[34]. Il en résulte une activation des projections de l'amygdale sur les structures clé de la mémoire permettant d'expliquer le rôle modulateur de l'amygdale sur les souvenirs émotionnels.

Plusieurs travaux de neuro-imagerie TEP et IRMf ont montré que le niveau d'activation de l'amygdale basolatérale lors de la vision de scènes provoquant des émotions négatives ou neutres, prédisait la force du rappel du souvenir plus tard. Ainsi, les sujets qui montraient une plus grande activation de leur amygdale et qui disaient avoir été les plus émus étaient aussi ceux qui se souvenaient ultérieurement le mieux des scènes émotionnelles visionnées[35].

Inversement, des patients porteurs de lésions de l'amygdale ne présentent pas d'amélioration typique de la mémoire épisodique pour des événements émotionnellement chargés versus des événements neutres[36].

Pour LeDoux (1998), les troubles anxieux seraient dus à l'activation pathologique du circuit court. Des traumatismes psychologiques très précoces marqueraient l'amygdale et le circuit de la peur pendant la maturation du cerveau. Ces perturbations seraient permanentes. L'activation de l'amygdale serait exagérée chez les sujets anxieux (Thomas et al., 2001) ou en état de dépression, de phobie sociale, de stress post-traumatique.

En revanche, une lésion des amygdales provoque une absence de la reconnaissance de la peur, ce qui a des conséquences psychosociales dramatiques. Les jugements sociaux sont alors impossibles (Damasio) et une lésion bilatérale peut provoquer un syndrome de Klüver & Bucy.

• Phobie sociale

Devoir s'exprimer en public, devant des inconnus, crée un trac, un malaise qui est en général surmonté. Mais pour les personnes souffrant de phobie sociale, cette situation peut provoquer une attaque panique paralysante, incontrôlable, très handicapante dans la vie sociale.

Une étude par imagerie TEP (tomographie par émission de positons) a montré que chez les sujets phobiques sociaux, l’accroissement d'anxiété au moment de s'exprimer en public était accompagnée par une suractivation du complexe amygdalien par rapport aux sujets témoins (Tillfors et al., 2001[37]). L'hyperactivité de l'amygdale des anxieux sociaux a ensuite été vérifiée dans de nombreuses situations. Par exemple, l'activation de leur amygdale à la vue de visages en colère ou effrayés est plus grande que chez les sujets témoins et l'ampleur de l'activation est positivement corrélée à la sévérité de leurs symptômes[38].

En alertant contre des dangers potentiels, l'amygdale joue normalement un rôle protecteur. Mais pour les anxieux sociaux, l'hyper-réactivité de l'amygdale provoque une hyperémotivité pouvant aller jusqu'à la peur panique, conduisant le sujet à fuir ces situations d'interactions sociales.

L'amélioration des symptômes de phobie sociale peut s'obtenir par un traitement avec un antagoniste des récepteurs NK1 et le citalopram. Des mesures par tomographie avant et après le traitement ont montré que l'amélioration des symptômes était parallèle à une réduction significative de l'activation de l'amygdale dans le test d'expression publique[39], confirmant ainsi le rôle crucial de l'amygdale dans cette phobie.

• Antonio Damasio, Le sentiment même de soi, Paris, Odile Jacob, 1999.
• Joseph LeDoux, « Émotion, mémoire et cerveau », Pour La Science, 1994, 202 : 50-57.
• (en) Joseph LeDoux The emotional brain, London, Weidenfeld & Nicolson, 1998.
• (en) Murray E., Wise S.P., « Interactions between orbital prefrontal cortex and amygdala: advanced cognition, learned responses and instinctive behaviors », Current Opinion in Neurobiology, 2010, vol. 20, 212-220; Science News, 2011, vol. 179 #5, p. 22, Bethesda, Md., National Institute of Mental Health.
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• (en) Murray E., Wise S.P., Science News, 2011, vol. 179 #5, p. 22, Bethesda, Md., National Institute of Mental Health.