Le message nerveux
1 La nature du message nerveux
1.1 Expérience de l'axone géant de Calmar : caractérisation du message nerveux
Schéma légendé de l'expérience
Conclusions : Les cellules nerveuses, comme toutes les cellules de l'organisme, possèdent un potentiel de membrane. La différence de potentiel observée entre le cytoplasme de la cellule et le milieu extérieur (ici -70V), en l'absence de tout stimulus, est le potentiel de repos.
Suite à un stimulus dont l'intensité dépasse un seuil, appelé seuil de dépolarisation (Is), on enregistre une modification du potentiel de repos propageable (enregistrable à distance), identique quelque soit l'intensité du stimulus (si I>Is) : c'est le potentiel d'action.
Le message nerveux est alors constitué d'une fréquence de potentiels d'action soit une combinaison particulière de signaux nerveux par unité de temps.
1.2 Le potentiel d'action : un signal
La fibre nerveuse obéit à la loi du tout ou rien.
1.3 Le message nerveux est une fréquence de potentiels d'action
La fréquence des potentiels d'action dépend de l'intensité du stimulus. Un stimulus de forte intensité déclenche un grand nombre de potentiels d'actions par unité de temps.
2 Le neurone : une cellule différenciée et polarisée à l'origine du message nerveux
Après avoir déterminé la nature du message nerveux, étudions de plus près la cellule qui est à son origine : le neurone. Cette cellule est constituée de domaines dont les structures sont fortement corrélées aux fonctions qui leur incombent.
2.1 La zone de réception du message nerveux
Le corps cellulaire est le domaine cellulaire qui reçoit le message nerveux. Il est constitué du noyau de la cellule, d'un cytoplasme riche en mitochondries et d'expansions cytoplasmiques appelées dendrites. Grâce à ces dernières, le neurone possède une grande surface de réception.
On définit sous le terme de synapse la connexion entre deux cellules nerveuses ou entre une cellule nerveuse et une autre cellule (par exemple une cellule musculaire dans l'exemple du réflexe myotatique). Chaque synapse est constituée d'un élément pré-synaptique (à l'origine de la transmission du message nerveux) d'une fente synaptique et d'un élément post-synaptique (qui réceptionne le message nerveux).
Les synapses peuvent être inhibitrice (hyperpolarisation de la membrane réceptrice) ou excitatrice (dépolarisation de la membrane réceptrice). A chaque synapse correspond donc une modification du potentiel de membrane du corps cellulaire, appelée potentiel post synaptique. Nous verrons dans un second temps comment se forment ces potentiels post synaptiques.
2.2 Le cône d'intégration assure l'intégration et l'élaboration du message nerveux
Au niveau du cône d'intégration, la cellule fait la sommation temporelle et spatiale des potentiels post synaptiques. Il en résulte une modification du potentiel de repos de la membrane qui, si elle est supérieure au seuil de dépolarisation, aboutira à la genèse d'une fréquence de potentiels d'actions au départ de l'axone : le message nerveux.
2.3 La conduction du message nerveux le long de l'axone
Les potentiels d'action se propagent dans une seule direction le long de l'axone (dues à l'existence de périodes réfractaires). La vitesse de propagation est proportionnelle au diamètre de la fibre.
Il existe deux types de nerfs :
- Les nerfs blancs, utilisés pour des réponses rapides, ont un axone recouvert de gaines de myéline. Celles-ci sont isolantes donc le message nerveux se propagent par saut de nœud de Ranvier en nœud de Ranvier (région de l'axone non recouvert par la gaine de myéline). Les nerfs blancs desservent, par exemple, les muscles de l'organisme.
- Les nerfs gris ne possèdent pas de gaine de myéline. La conduction du message nerveux se fait alors de proche en proche. Ces nerfs desservent en général les organes qui ne nécessitent pas de réaction immédiate suite à un stimulus nerveux.
2. La transmission du message nerveux au niveau de l'arborisation terminale
L'arborisation terminale de l'axone est riche en mitochondries et en vésicules synaptiques contenant les neurotransmetteurs. Les neurotransmetteurs sont les messagers chimiques qui vont permettre la transmission du message nerveux d'une cellule à une autre au niveau de la synapse. L'acétylcholine est l'exemple le plus cité.
Les potentiels d'action qui parviennent à l'arborisation terminale provoquent une dépolarisation membranaire. Celle-ci déclenche l'exocytose (c'est à dire la libération dans le milieu extérieur) des neurotransmetteurs. Les neurotransmetteurs se répandent alors dans la fente synaptique. Ils vont par la suite se fixer sur les récepteurs membranaires de l'élément post synaptique. Cela va provoquer l'ouverture de canaux chimio-dépendants et l'entrée massive d'ions à l'intérieur de la cellule. Ainsi, on observe sur l'élément post-synaptique, sur la membrane réceptrice, un potentiel post synaptique.
Si l'entrée d'ions aboutit à une dépolarisation de la membrane post-synaptique, on qualifie la synapse d'excitatrice et on parle de potentiels post-synaptiques excitateurs (PPSE). Dans le cas contraire, on parle de synapse inhibitrice et de potentiel post-synaptique inhibiteur (PPSI).
3 Un exemple au sein de l'organisme : l'arc réflexe myotatique
Pour maintenir une position corporelle, la posture, l'organisme maintient un état de tension des muscles antagonistes : c'est le tonus musculaire. Cette tension est contrôlée par un mécanisme réflexe, l'arc réflexe myotatique. En réponse à un étirement musculaire, le muscle se contracte par réflexe immédiat.
Ce mécanisme met en jeu de nombreux acteurs : récepteurs sensibles à l'étirement au niveau du muscle, un neurone centripète se dirigeant vers la moelle épinière qui a le rôle de centre nerveux, la transmission à un neurone centrifuge (qui se dirige du centre nerveux vers les organes effecteurs) et la plaque motrice musculaire qui intègre et agit en réponse au message nerveux.
Les mots clés
- Neurones :
- Dendrites, corps cellulaire, noyau
- Axone, nœud de Ranvier, gaine de myéline, nerf blanc, nerf gris
- Arborisation terminale, bouton synaptique, vésicule synaptique, synapse, fente synaptique, éléments pré et post synaptiques
- Neurotransmetteurs : exemple de l'acétylcholine
- Message :
- Potentiel d'action, potentiel de repos = potentiel de membrane
- Seuil de dépolarisation
- Fréquence de potentiels d'action
- Genèse du message :
- Sommation spatiale et temporelle
- Potentiels post synaptique excitateur et inhibiteur (PPSE et PPSI)
- Synapses d'inhibition et d'excitation
- Nerf :
- Centripète, centrifuge
- Moelle épinière : substance blanche et grise
- L'arc réflexe myotatique, le tonus musculaire, fibres sensitives et motrices, messages afférents et efférents
