> La brique du cerveau

Les neurones sont 100 milliards dans le cerveau. Ils y communiquent sans cesse électriquement et chimiquement.

Sommaire

> Article 1
La brique du cerveau

> Article 2
Fascinante mémoire!

> Article 3
Les mécanismes moléculaires de la mémoire

> Article 4 Alzheimer: terrible mort neuronale

> Article 5
Bêta-amyloïde: un neuromodulateur négatif

> Article 6
Des neuro- modulateurs cholinergiques

> Article 7
La neuromodulation in vivo!

> Article 8
Ginkgo: neuromodulateur!

Définitions

Potentiel local:    Petite modification du
potentiel membranaire de
la dendrite causée par les stimulations des neurones présynaptiques et qui peut être excitatrice (1mv) ou inhibitrice (1mv).

Potentiel d'action (Influx nerveux)
Importante modification du potentiel membranaire de l'axone de nature excitatrice (+100 mV) créée par le corps cellulaire. 

Le cerveau est sans aucun doute la plus belle et complexe machine de l'univers. Mais toute son activité repose sur une simple cellule: le neurone. Le cerveau est en fait un gigantesque réseau de réseaux de neurones. Bien qu'une simple cellule, le neurone diffère cependant des autres types de cellules sur trois points: 1- il a une structure extra-ordinaire, 2- il communique sans cesse avec les autres neurones et 3- il ne se divise pas mais il peut modifier ses connexions.

Une structure extraordinaire

La structure du neurone ressemble étrangement à celle d'un arbre dénudé de ses feuilles et dont les racines seraient à l'extérieur du sol. Les branches, ce sont les dendrites. Un neurone en possède de 1000 à 10000. Les dendrites se connectent avec les terminaisons des neurones situées plus haut (neurones présynaptiques). Elles y reçoivent des milliers de petites stimulations électriques (potentiels locaux) chaque seconde. Les dendrites se prolongent vers le bas et s'unissent en un point: le corps cellulaire (ou soma). C'est ici que tous les potentiels locaux, captés et voyagés par les dendrites, se rencontrent. S'ils sont assez nombreux à exciter le corps cellulaire, celui-ci les transforme en une importante stimulation électrique, le potentiel d'action (ou influx nerveux). Le potentiel d'action se propage à vive allure sur le tronc du neurone: l'axone. La longueur de l'axone peut varier d'une dizaine de microns à plus d'un mètre de long, chez certains neurones de la moelle épinière. L'axone se ramifie en quelques milliers de terminaisons axonales: les racines du neurone. Rendu là, le potentiel d'action se divise sur chacune d'elles et continue à s'y propager. Au bout de chaque terminaison axonale, se trouve un bouton synaptique rempli de substances chimiques: les neurotransmetteurs. Chaque neurone possède en moyenne 10000 boutons synaptiques. Le bouton synaptique d'un neurone se connecte avec la dendrite d'un autre neurone. Cette connexion s'appelle la synapse. Même s'ils se connectent ensemble, le bouton synaptique ainsi que la dendrite sont séparés par un minuscule interstice de 20 nanomètres: la fente synaptique. Le potentiel d'action se propage donc électriquement jusqu'aux boutons synaptiques. Mais rendu là, puisque ce potentiel d'action est de nature électrique et ne peut donc pas voyager dans la fente synaptique, le bouton synaptique traduit le signal électrique en signaux chimiques, grâce aux neurotransmetteurs! Ceux-ci vont finalement se fixer sur les milliers de dendrites d’autres neurones (neurones postsynaptiques) connectées à ce neurone! Il s'y propagera alors de nouveaux potentiels locaux et le processus de communication recommencera! Un neurone présynaptique a donc ''parlé'' à des milliers d'autres neurones postsynaptiques en une fraction de seconde!

Une fascinante communication électrique

À l'intérieur et à l'extérieur des neurones, se trouve un liquide riche en ions positifs. Lorsque le corps cellulaire ne reçoit aucun potentiel local des dendrites et que l'axone ne propage aucun potentiel d'action, ils sont au repos. Dans cette situation, le liquide à l'intérieur du neurone est riche en ions potassium (K+) tandis que celui à l'extérieur est riche en ions sodium (Na+). Puisque les ions sodium sont plus nombreux que les ions potassium, le milieu extracellulaire est chargé positivement tandis que le milieu intracellulaire est chargé négativement. Au repos, il existe donc une différence de potentiel entre l'intérieur et l'extérieur du neurone de -70 millivolts (mV). C'est ce qu'on appelle le potentiel de repos. Le neurone est alors polarisé. Le corps cellulaire reçoit cependant constamment des potentiels locaux captés par les dendrites. Ces messages en provenance d'autres neurones sont soit excitateurs, soit inhibiteurs. Il y a deux conditions pour que le corps cellulaire déclenche un potentiel d'action sur l'axone: 1- il doit avoir reçu plus de potentiels locaux excitateurs qu'inhibiteurs et 2- son potentiel membranaire doit dépasser le seuil de déclenchement chiffré autour de -30 mV. Les potentiels locaux excitateurs mesurent en moyenne +1 mV, tandis que les inhibiteurs mesurent -1 mV. Arrivés au corps cellulaire, ces potentiels locaux s'y additionnent. S'il y a plus de potentiels locaux excitateurs et si ceux-ci, en s'additionnant, permettent de faire passer le potentiel membranaire du corps cellulaire de 70 mV à -30 mV (le seuil de déclenchement), les deux conditions sont alors réunies et un potentiel d'action est créé! Même si les potentiels locaux excitateurs mesurent en moyenne +1 mV, le corps cellulaire n'a pas besoin de plusieurs dizaines de ces potentiels locaux pour atteindre son seuil de déclenchement puisque l'addition de deux potentiels locaux excitateurs peut égaler +10 mV! En effet, lors de la sommation des potentiels locaux, il y a une amplification, ce qui rapproche plus facilement (ou éloigne dans le cas des potentiels locaux inhibiteurs) le corps cellulaire de son seuil de déclenchement. Après avoir atteint son seuil de déclenchement, le corps

Synapse:          Connexion entre deux neurones séparés par la fente synaptique. Endroit où l'information passe d'un neurone à l'autre chimiquement.

Seuil de déclenchement: Seuil du potentiel membranaire chiffré autour de - 30 mV, que le corps cellulaire doit dépasser pour créer un potentiel d'action.

Dépolarisée:        État de la membrane à l'opposé du potentiel de repos: il y a plus d'ions positifs à l'intérieur (Na+) qu'à l'extérieur (K+).

cellulaire crée donc un potentiel d'action de 100 mV sur l'axone, faisant passer son potentiel membranaire de -70 mV à +30 mV. L'axone, qui était au repos, devient donc activé: un potentiel d'action s'y propage. On dit qu'il est dépolarisé. Partout sur la membrane de l'axone, se trouvent des milliers de canaux perméables aux ions sodium ou aux ions potassium. La création du potentiel d'action par le corps cellulaire ouvre le premier canal sodium de l'axone. En s'ouvrant, le canal fait entrer par diffusion des centaines d'ions sodium en quelques millièmes de seconde, les ions sodium étant plus nombreux à l'extérieur qu'à l'intérieur. L'entrée massive de ces charges positives à l'intérieur de cette section de l'axone provoque donc une dépolarisation: la différence de potentiel électrique entre l'intérieur et l'extérieur est maintenant positive (+30 mV)! L'intérieur est maintenant chargé positivement, l'extérieur, négativement. Les charges de cette section de l'axone sont donc maintenant à l'opposé de lorsque cette section était au repos et c'est pourquoi on dit qu'elle est dépolarisée. Cette dépolarisation ouvre par la suite le premier canal potassium de l'axone. Celui-ci expulse à l'extérieur de l’axone par diffusion, les ions potassium, ceux-ci étant plus nombreux à l'intérieur qu'à l'extérieur. L'expulsion de charges positives rétablit donc la polarité normale de cette section de l'axone et celle-ci redevient au repos. Mais la dépolarisation a quand même continué de se propager sur l'axone, et a ouvert le deuxième canal sodium, puis le troisième… etc! C'est de cette fascinante façon que l'influx nerveux voyage à une vitesse folle sur les neurones. Il se rend donc, canal sodium par canal sodium, section dépolarisée de l'axone par section dépolarisée de l'axone, jusqu'aux boutons synaptiques! Rendu là, on doit cependant faire appel à la chimie pour traduire le message électrique et pour lui permettre de se rendre à des milliers d'autres neurones. postsynaptiques!

Une traduction chimique

Arrivé aux quelques 10000 boutons synaptiques de ce neurone, le potentiel d'action y ouvre sur chacun d'eux un nouveau canal: le canal calcium. Celui-ci fait entrer à l'intérieur, par diffusion, des ions calcium, ceux-ci étant plus nombreux à l'extérieur. L'entrée des ions calcium dépolarise alors les vésicules synaptiques. Chaque bouton synaptique comporte en moyenne 400 de ces petits sacs, contenant les précieux neurotransmetteurs: les substances chimiques qui relaient l'information d'un neurone à un autre. Les vésicules synaptiques dépolarisées fusionnent donc avec la membrane des boutons synaptiques par exocytose, laissant ainsi s'échapper chacune des 1000 molécules de neurotransmetteurs qu'elles contiennent. Les neurotransmet-teurs diffusent alors à travers la fente synaptique pour aller enfin se fixer sur les sites récepteurs situés sur les milliers de dendrites des milliers de neurones connectés à ce neurone. La fixation d'un neurotransmetteur sur un récepteur ouvre ce récepteur, comme une clé ouvre une porte. Ouvert, ce récepteur, s'il est excitateur, provoque alors l'entrée par diffusion, d'ions sodium. L'entrée d'ions positifs crée donc une dépolarisation sur la dendrite ce qui ouvrira, l'un après l'autre, les canaux sodium, puis potassium de cette dendrite. Un potentiel local excitateur vient d'être créé! Il se rendra donc stimuler le corps cellulaire pour qu'il crée un potentiel d'action. Si par contre, le récepteur sur lequel le neurotransmetteur se fixe est inhibiteur, en s'ouvrant, il provoquera la sortie d'ions potassium. Le milieu extérieur sera encore plus positif qu'au repos et la dendrite sera donc hyperpolarisée. Un potentiel local inhibiteur aura donc été créé et il tentera d'empêcher le corps cellulaire de créer un potentiel d'action. Voilà: en une fraction de seconde, un neurone a reçu des dizaines de stimulations électriques en provenance de milliers d'autres neurones par ses dendrites, les a analysées grâce à son corps cellulaire, a déclenché un potentiel d'action électrique sur son axone et a transmis ce message à des milliers d'autres neurones chimiquement via ses synapses! Le principe de communication entre les neurones est tout à fait génial! Il se rapproche même du fonctionnement binaire des ordinateurs. En effet, le corps cellulaire, selon les excitations (dépolarisations) et les inhibitions (hyperpolarisations) reçues par ses dendrites, peut rester au repos, 0 en binaire, ou déclencher un potentiel d'action, 1 en binaire. Le neurone a donc le choix, selon les stimulations émises par les neurones se connectant à ses dendrites, de communiquer ou de ne pas communiquer avec les neurones se connectant à ses boutons synaptiques. Imaginez maintenant tout ce réseau de réseaux de 100 milliards de neurones, établissant chacun 10000 connexions avec d'autres neurones et communiquant sans cesse entre eux! C'est à l'intérieur de cela que prennent vie l'intelligence, la conscience, les émotions ainsi que la mémoire! <

David Laflamme, école Montcalm, expo-sciences 2000,  tous droits réservés.