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Le système nerveux

1 Caractéristiques du système nerveux

La communication nerveuse est le moteur de l’essentiel du comportement d’un animal dans un environnement donné, alors que celui-ci consiste essentiellement en des réponses rapides, ou réflexes, qui sont produites à la suite de la réception sensorielle d’une information ou d’une stimulation (c’est le stimulus). Mais comment s’établit cette communication entre récepteurs sensoriels et organes effecteurs ?

1.1 Organisation du système nerveux

Le système nerveux a pour fonction de produire, conduire et traiter des signaux nerveux, assurant ainsi une communication entre récepteurs sensoriels et effecteurs, et il relie ainsi anatomiquement ces deux types d’organes par des faisceaux et des fibres nerveuses, les nerfs, après que le message ait été préalablement intégré par des centres nerveux, où sont " traitées " les informations. Ainsi le système est composé de :

  • Récepteurs sensoriels : qu’ils soient externes (exemple des thermorécepteurs cutanés) ou internes, ils ont pour fonction de capter le stimulus et de le convertir en message nerveux.
  • Fibres nerveuses : localisés dans les nerfs seulement pour les vertébrés, et également dans les connectifs (cordons nerveux reliant les ganglions de la chaîne nerveuse) pour les invertébrés, ils assurent la conduction du message nerveux. On distingue des fibres spécialisées dans la transmission de message afférent (arrivant au centre nerveux) ou efférent (partant du centre nerveux).
  • Centres nerveux : différents suivant que l’animal est vertébré ou non, ils ont une fonction intégrative, c’est à dire qu’ils reçoivent des messages nerveux et élaborent une réponse adaptée.
  • Effecteurs : ce sont des muscles ou des glandes, qui élaborent la réponse après réception du message nerveux venant des centres nerveux.

Mais nous nous devons également de préciser en quoi les centres nerveux diffèrent entre les vertébrés d’une part, et les invertébrés d’autre part.

Pour les vertébrés, les centres nerveux sont alignés le long de l’axe du dos, avec une organisation commune entre les espèces comportant, dans l’ordre, c’est à dire d’avant en arrière : l’encéphale (dans la boîte crânienne), puis la moelle épinière qui est logée dans le canal rachidien situé dans les vertèbres. Le réseau des nerfs rattachant ces centres au reste de l’organisme est constitué des nerfs crâniens, rattachés à l’encéphale, et des nerfs rachidiens, rattachés à la moelle épinière.

Chez les invertébrés, on peut observer de grandes différences entre les différents groupes. Les insectes et les crustacés voient leur centre nerveux occuper une position ventrale. Les centres nerveux, pour leur part, sont formés de ganglions nerveux, qui forment eux-mêmes une chaîne ganglionnaire le long du ventre, et se retrouvent assemblés dans des masses nerveuses de part et d’autre du tube digestif. Ces centres sont aussi reliés aux autres organes par des nerfs.

1.2 Les supports de la communication nerveuse : les neurones

Un neurone est une cellule nerveuse dont la fonction est de conduire les messages nerveux. Il reçoit et transmet les messages d’une cellule à l’autre d’une façon propre qui est liée à sa structure. Le corps cellulaire du neurone possède en effet deux types de prolongements cytoplasmiques et une terminaison qui ont chacun une fonction :

  • les dendrites, il peut y en avoir plusieurs pour un même neurone, collectent les messages nerveux en provenance d’autres cellules.
  • L’axone est un type de fibre nerveuse qui conduit les messages émis par le neurone.
  • L’arborisation terminale transmet les messages à d’autres cellules.

Schéma très simplifié d'un neurone multipolaire

Les corps cellulaires des neurones sont localisés dans les centres nerveux, substance grise chez les vertébrés et ganglions chez les invertébrés. Signalons enfin que les axones et les dendrites, situés dans l’ensemble du système nerveux, et forment des faisceaux de fibres dans les nerfs, entourés souvent d’une gaine de myéline dont la fonction est de permettre une conduction plus rapide du message.

Donc l’ensemble du système nerveux s’articule en réseaux neuronaux, qui passent le message nerveux de cellule en cellule, par des points de contact appelés synapses, et ce jusqu’aux cellules effectrices.

2 Caractéristiques du message nerveux

2.1 Des signaux électriques se propageant rapidement

La stimulation d’un récepteur sensoriel nous permet d’observer expérimentalement l’émission d’un message nerveux sous forme de signaux électriques, dont les caractéristiques dépendent de l’intensité et de la durée de la stimulation.

En effet, le neurone est une cellule excitable, qui émet des potentiels d'action, résultant de l'activité cellulaire de ces neurones : on a à faire à un phénomène bioélectrique. Cependant, l'amplitude de ce signal est ici toujours la même : le potentiel global du nerf, que nous avons observé expérimentalement en réponse à la stimulation, correspond à une somme des potentiels d'action émis au niveau des neurones, dans les fibres nerveuses utilisées lors de la conduction du message, et le message lui-même est codé en modulations de la fréquence d'émission des potentiels d'action au niveau des neurones. Le neurone lui obéit à la loi du tout ou rien.

Enfin, la vitesse de conduction du message est rapide, généralement entre 1 m/s et 100 m/s. La gaine de myéline entourant les fibres nerveuses les plus rapides joue ici un rôle prépondérant.

2.2 La transmission entre neurones est coordonnée par les synapses

C’est au niveau de l’arborisation terminale des neurones que l’on observe la présence de synapses, zones de transmission unidirectionnelle du message nerveux d’un neurone à une autre cellule, que ce soit un neurone ou une cellule effectrice.

Dans le cas de la transmission d’un neurone à un autre, on constate qu’il n’y a pas continuité entre les cellules nerveuses formant la synapse : un espace synaptique, entre 20 et 50 nm, sépare les synapses. La transmission de l’information se fait ici de façon chimique : des molécules, les neurotransmetteurs, stockées à l’extrémité d’un neurone présynaptique, sont libérées à l’arrivée d’un potentiel d’action et transmettent l’information au neurone postsynaptique. Dans le cas des synapses neuromusculaires, ces neurotransmetteurs sont l’acétylcholine.

Il y a donc un sens de circulation déterminé par les synapses, car au niveau d’une synapse chimique, seule la terminaison du neurone présynaptique contient des neurotransmetteurs. La propagation des messages nerveux se fait ainsi dans un sens unique dans une chaîne de neurones donnée, et les messages nerveux afférents et efférents sont différents.

Dans le cas de la transmission du message d’un neurone à une cellule effectrice, le principe reste le même mais le neurotransmetteur émis par la cellule postsynaptique va se fixer sur la membrane de la cellule effectrice, déclenchant une réponse de la cellule proportionnelle à la quantité de neurotransmetteurs mise en jeu.

Le fonctionnement d'une synapse

2.3 Le traitement de l'information au niveau des centres nerveux

Les connexions entre neurones sont bien plus complexes dans les centres nerveux. Elles forment des réseaux neuroniques, dans lesquels le message peut circuler de deux façons :

  • On parle de circulation divergente lorsqu’un neurone présynaptique établit des synapses avec de nombreux neurones postsynaptiques.
  • On parle de circulation convergente lorsque de nombreux neurones présynaptiques établissent des synapses avec un neurone postsynaptique.

Il se met en place un processus d‘intégration au niveau des centres nerveux, et on constate en effet que le message est modifié légèrement à ce niveau, avant d’être transmis aux organes effecteurs. Il y a addition, comparaison, suppression de données, avant l’envoi des ordres qui sont également codés sous forme messages nerveux.

3 Les mots-clés

  • Environnement externe :
    • Environnement, comportement, stimulus, réflexe..
  • Cellules et tissus :
    • Neurone, dendrite, axone, arborisation terminale, corps cellulaire.
    • Synapse, cellule postsynaptique, cellule présynaptique.

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