Le système limbique est une des plus anciennes parties du cerveau. Il est présent chez l’homme, mais aussi chez le reptile et le poisson.

Paul Broca introduit le terme de système limbique (du latin limbus qui signifie «autour») au 19me siècle pour définir des structures jouant un rôle dans le comportement, la mémoire et les émotions.

En 1939, Kluver et Bucy décrit le comportement de patients atteints de lésion du lobe temporal et qui présentent beaucoup d’apétit. une hypersexualité et des troubles de mémoire.

Paul MacLean introduit en 1952 le modèle du  » cerveau triunique « , dont l’une des trois parties est le système limbique.

Le système limbique est donc considéré comme le siège des émotions (agressivité, peur, plaisir, colère), représentant le dialogue entre le cerveau et le corps. 

Fonctions du système limbique

Le système limbique n’est pas seulement impliqué dans les émotions mais également dans :

• l’apprentissage de la mémoire,
• l’olfaction,
• le contrôle du système endocrinien qui participe à la libération d’hormones,
• les comportements alimentaires et l’appétit,
• le système nerveux autonome qui contrôle les fonctions respiratoire, digestive et cardiovasculaire.

Anatomie du système limbique

L’anatomie du système limbique n’est pas clairement définie, mais la communauté scientifique est d’accord sur le fait qu’il est composé de structures corticales (cortex limbique) et sous-corticales (situées donc sous le cortex)

Le système limbique est donc constitué de plusieurs noyaux situés sous le cortex (on dit que ce sont des structures subcorticales) et à proximité du thalamus :

• L’hippocampe (du grec ancien hippocampos, signifiant  » cheval courbé « ) : rôle dans l’apprentissage et le stockage d’une information en mémoire à long terme.
• L’amygdale (du latin amygdala qui signifie « amande « ) : rôle dans l’agressivité, la colère, la peur, l’anxiété et la mémoire émotionnelle. Le physiologiste allemand Burdach (1776-1847) est à l’origine du terme amygdala. Lorsqu’elle est stimulée électriquement, les animaux deviennent agressifs. Et si l’amygdale est enlevée, les animaux deviennent très apprivoisés et ne répondent plus aux choses qui auraient provoqué la rage auparavant.
• Le fornix.
• Le cortex limbique (gyrus cingulaire, cingulum, insula et gyrus parahippocampique) : rôle dans le contrôle conscient du comportement.
• Le septum. L’un des premiers rôles fonctionnels à associer au septum a été l’implication dans le circuit de récompense (ou de renforcement). Les noyaux du septum ont été impliqués dans un certain nombre d’autres rôles tels que le comportement social et l’expression de la peur, et les anomalies du fonctionnement septal ont été liées à une variété de maladies allant de la dépression à la schizophrénie.
• L’hypothalamus. C’est une partie vitale du système limbique qui est responsable de la production de multiples messagers chimiques, appelés hormones. Ces hormones contrôlent les niveaux d’eau dans le corps, les cycles de sommeil, la température corporelle et l’apport alimentaire. L’hypothalamus est situé sous le thalamus.
• Les corps mamillaires, qui participent à la mémoire récente et à long-terme touchée dans le syndrome de Korsakoff.
• Le gyrus cingulaire. Il sert de voie de trasnmission des messages entre les parties intérieure et extérieure du système limbique.
• Noyau antérieur du thalamus.
• L’épiphyse.

Représentation schématique des régions du système limbique

Le système limbique est impliqué dans les émotions et la mémoire

Le système limbique est impliqué dans la sensation de peur qui peut être reproduite en stimulant  par  l’hypothalamus et l’amygdale. A contrario, en détruisant les amygdales, la peur et la réaction sur le corps disparaît. Par exemple, lorsqu’un promeneur est surpris en forêt par un serpent, son amygdale est stimulée, ce qui provoque une augmentation de la fréquence cardiaque et un stress.

Le système limbique (en particulier les amygdales) est également à l’origine de la colère, de même que le phénomène d’addiction (consommation de drogues) et de plaisir (par exemple la consommation de sucres).

Les amygdales et l’hippocampe sont enfin impliqués dans interviennent dans la formation,  l’entretien et l’extinction de la mémoire phobique (ex. peur de certains animaux).

Les principales composantes

L’hippocampe reçoit des neurones du cortex limbique, dont une des composantes est le gyrus parahippocampique. Le gyrus parahippocampique comprend le cortex entorhinal, une des premières régions cérébrales affectées dans la maladie d’Alzheimer. Le cortex limbique reçoit à son tour des afférences* des autres cortex associatifs (pariéto-temporo-occipital et préfrontal).

*Afférences: Jargon scientifique signifiant que le cortex limbique reçoit des neurones des autres cortex. On peut également dire que les cortex associatifs envoient des efférences vers le cortex limbique, ou qu’ils se projettent vers le cortex limbique.

Les neurones de l’hippocampe se projettent via le fornix dans l’hypothalamus et le noyau septal. Ils se projettent également dans le cortex entorhinal qui se projette à son tour dans les différents cortex (préfrontal, orbital, parahippocampique, cingulaire, insulaire). Le noyau mamillaire se projette sur le tractus mamillothalamique qui se projette à son tour sur le gyrus cingulaire. Un circuit bidirectionnel est ainsi formé : c’est le circuit de Papez. Il joue un rôle central dans la mémoire.

L’amygdale est un ensemble de noyaux sous-corticaux (noyaux basolatéraux, centraux et corticomédiaux) situés dans le lobe temporal médial. Les noyaux basolatéraux reçoivent des projections des aires corticales sensorielles et associatives du lobe temporal. Ils se projettent à leur tour vers le cortex limbique, le cortex préfrontal et la formation hippocampique. Les noyaux basolatéraux se projettent vers le thalamus, qui se projette sur le cortex préfrontal. Les noyaux basolatéraux se projettent aussi vers le noyau basal de Meynert, un noyau constitué de neurones cholinergiques qui envoient des projections neuronales vers le cortex (ces neurones sont endommagés dans la maladie d’Alzheimer). Les noyaux basolatéraux de l’amygdale seraient impliqués dans la composante émotionnelle des stimuli sensoriels, ainsi que la mémorisation des stimuli émotionnels. Les noyaux centraux participeraient également aux réponses émotionnelles, alors que les noyaux corticomédiaux, qui sont interconnectés au bulbe olfactif, seraient impliqués dans la régulation des comportements alimentaires et reproductifs.

Situé sous le thalamus, l’hypothalamus envoie des neurones qui contrôlent :

• la sécrétion de certaines hormones sécrétées par l’hypophyse (ou glande pituitaire),
• le système nerveux autonome (régulation de la température, du cycle circadien, rythme cardiaque, sudation), et
• certains comportements (sexuels, alimentaires, de défense, de stress).

Principales régions du système limbique vues sous un autre angle

Les ganglions de la base

Le système limbique est associé aux ganglions de la base (ou noyaux gris centraux), une région du cerveau comprenant un ensemble de noyaux sous-corticaux situés environ au centre du cerveau humain. Ces noyaux sont le striatum (regroupant le noyau caudé et le putamen), le globus pallidus interne et externe, le noyau sous-thalamique et la substance noire.

Connectés avec le cortex cérébral et le thalamus, ils jouent un rôle fondamental dans la motricité volontaire mais aussi dans l’apprentissage, la mémoire et les émotions.

Le rôle des ganglions de la base dans les émotions s’explique par le fait que la partie ventrale du striatum reçoit des projections neuronales des régions du système limbique (amygdale, formation hippocampique et cortex associatif limbique).

Les neurones du globus pallidus se projettent quant à eux dans le thalamus, qui projette à son tour sur le cortex préfrontal.

Régions du système limbique et des ganglions de la base sur une coupe frontale d’un cerveau humain

Le système limbique comprend des aires cérébrales corticales et sous-corticales impliquées :

• dans la mémoire déclarative et l’apprentissage (hippocampe et gyrus parahippocampique) et,
• les émotions et le comportement (amygdale).

A noter que l’amygdale est également impliquée dans la mémoire émotionnelle.

Rappelons que :

• le diencéphale est formé du thalamus (du grec signifiant « chambre »), de l’hypothalamus et du subthalamus.
• Le télencéphale est formé de la formation hippocampique (composée de l’hippocampe, du subiculum et du gyrus denté), de l’amygdale, du striatum (noyau caudé et putamen) et du cortex limbique.

Coupe frontale d’un cerveau humain. Les régions du système limbique (cortex limbique, hippocampe) cohabitent avec celles des ganglions de la base (noyau caudé, putamen, substance noire).

Légende.  Cortex limbique (1); lobe frontal (2); lobe pariétal (3); lobe insulaire (4); lobe temporal (5); gyrus temporal (6); hippocampe (7); gyrus parahippocampique (8); nerfs crâniens (9); substance noire (10); noyau rouge (11); putamen (12); noyau caudé (13).