Neurones: Structure, Potentiels et Synapses

Introduction au Système Nerveux Autonome (SNA)

Le Système Nerveux Autonome (SNA) est divisé en deux branches principales :

• Le système sympathique : prépare le corps à l'action et aux changements (par exemple, accélération du rythme cardiaque, augmentation de la fréquence respiratoire).
• Le système parasympathique : restaure le corps et le maintient dans un état de repos et de digestion.

Les Cellules du Système Nerveux

Le système nerveux est composé de deux types principaux de cellules :

• Les neurones : Ce sont les unités de base fonctionnelles du Système Nerveux Central (SNC) et du Système Nerveux Périphérique (SNP). Ils sont spécialisés dans la transmission des informations.
• Les cellules gliales : Elles fournissent un soutien structurel et métabolique aux neurones, participent à la défense immunitaire du système nerveux et à la formation de la myéline.

Les réseaux de neurones, interconnectés de manière complexe, forment la base structurelle et fonctionnelle du système nerveux.

Structure Typique d'un Neurone

Un neurone est généralement constitué de trois parties principales :

• Soma (corps cellulaire) : Contient le noyau (avec le matériel génétique) et les organites cellulaires (comme les mitochondries pour l'énergie, les ribosomes pour la synthèse des protéines, et les lysosomes qui dégradent les déchets cellulaires). C'est le centre métabolique du neurone.
• Dendrites : Ce sont des prolongements courts et ramifiés qui émergent du soma. Elles constituent la principale surface de réception des signaux (influx nerveux) provenant d'autres neurones.
• Axone : C'est un prolongement unique, généralement long, qui part du soma. L'axone conduit l'influx nerveux du soma vers d'autres neurones, des muscles ou des glandes. Il se termine par des ramifications appelées terminaisons axonales ou boutons synaptiques, qui sont essentiels pour la communication interneuronale (synapses). L'axone peut être recouvert d'une gaine de myéline, une substance lipidique isolante qui accélère considérablement la vitesse de transmission de l'influx nerveux.

La fonction générale du neurone est de recevoir, traiter, et transmettre des informations sous forme d'impulsions électrochimiques (influx nerveux), permettant ainsi la communication au sein du système nerveux.

Classification Fonctionnelle des Neurones

Les neurones peuvent être classés selon leur fonction :

• Neurones afférents (ou sensoriels) : Ils transmettent les informations des récepteurs sensoriels (situés dans la peau, les yeux, les oreilles, etc., responsables de la perception) vers le système nerveux central (cerveau et moelle épinière).
• Neurones d'association (ou interneurones) : Entièrement situés dans le système nerveux central, ils établissent des connexions entre les neurones sensoriels et les neurones moteurs. Ils jouent un rôle crucial dans le traitement de l'information.
• Neurones efférents (ou moteurs) : Ils transmettent les commandes motrices du système nerveux central vers les organes effecteurs (muscles et glandes) pour produire une réponse (mouvement, sécrétion, etc.).

Classification Morphologique des Neurones

Selon la forme de leur corps cellulaire et l'organisation de leurs prolongements, on distingue plusieurs types morphologiques de neurones :

• Neurones unipolaires (ou pseudo-unipolaires) : Un seul prolongement part du soma et se divise rapidement en deux branches : une branche périphérique (dendritique) qui capte l'information sensorielle et une branche centrale (axonale) qui la transmet au SNC. Typiques des ganglions spinaux.
• Neurones bipolaires : Possèdent deux prolongements qui émergent de pôles opposés du soma : un axone et une dendrite. On les trouve par exemple dans la rétine et l'oreille interne.
• Neurones multipolaires : Présentent un seul axone et de multiples dendrites qui émergent du soma. C'est le type de neurone le plus courant dans le système nerveux des vertébrés.

Le Potentiel Électrique Neuronal

La signalisation neuronale repose sur des phénomènes électriques. Il existe une différence de potentiel électrique (différence de charges positives (+) et négatives (-)) de part et d'autre de la membrane plasmique du neurone, entre le milieu extracellulaire et le milieu intracellulaire. Cette différence de potentiel est fondamentale et peut subir des variations rapides qui constituent l'influx nerveux.

Note historique : Luigi Galvani, au XVIIIe siècle, a été un pionnier dans la découverte de la nature électrique de l'activité nerveuse. Ses expériences, notamment la stimulation électrique de nerfs de grenouille provoquant des contractions musculaires, ont suggéré que les organismes vivants possèdent une forme d'"électricité animale".

Potentiel de Repos

Lorsque le neurone est inactif (ne transmet pas d'influx), sa membrane présente un potentiel de repos. Dans cet état :

• L'intérieur de la cellule est chargé négativement par rapport à l'extérieur, qui est chargé positivement.
• Cette différence de charge est maintenue principalement par la pompe sodium-potassium (Na+/K+ ATPase). C'est un mécanisme de transport actif qui expulse continuellement trois ions sodium (Na+) hors de la cellule pour chaque deux ions potassium (K+) qu'elle y fait entrer.
• Au repos, il y a une plus forte concentration d'ions potassium (K+) et de grosses protéines chargées négativement à l'intérieur du neurone, tandis que le milieu extracellulaire est riche en ions sodium (Na+) et en ions calcium (Ca2+).

Potentiel d'Action : La Transmission de l'Influx Nerveux

Pour transmettre un influx nerveux, le neurone doit générer un potentiel d'action. C'est une inversion rapide et transitoire du potentiel de membrane. Le processus clé est la dépolarisation :

1. Suite à une stimulation suffisante, des canaux sodiques voltage-dépendants s'ouvrent massivement.
2. Les ions sodium (Na+) entrent alors rapidement et en grand nombre dans la cellule, suivant leur gradient électrochimique.
3. Cet afflux d'ions positifs rend l'intérieur de la membrane temporairement positif par rapport à l'extérieur, inversant la polarité.

Seuil d'Excitation et Loi du "Tout ou Rien"

Le déclenchement d'un potentiel d'action obéit à des règles précises :

• Seuil d'excitation : Pour qu'un potentiel d'action soit généré, la dépolarisation initiale (le stimulus) doit atteindre une valeur critique appelée seuil d'excitation (par exemple, une dépolarisation qui amène le potentiel de membrane d'environ -70 mV à -55 mV, ou une variation de 30 millivolts par rapport au potentiel de repos comme mentionné dans le texte source).
• Loi du "tout ou rien" :
  • Si le stimulus est inférieur au seuil (infra-liminaire), aucun potentiel d'action n'est déclenché; la dépolarisation locale se dissipe simplement.
  • Si le stimulus atteint ou dépasse le seuil (supra-liminaire), un potentiel d'action complet, d'amplitude constante et maximale pour ce neurone, est déclenché.

L'intensité du message nerveux n'est pas codée par l'amplitude du potentiel d'action (qui est constante), mais par sa fréquence (le nombre de potentiels d'action générés par unité de temps).

Facteurs Influant sur la Vitesse de Conduction de l'Influx

La vitesse à laquelle l'influx nerveux se propage le long de l'axone dépend de plusieurs facteurs :

• Diamètre de l'axone : Plus le diamètre de l'axone est grand, moins la résistance interne au flux des ions est importante, et plus la vitesse de propagation de l'influx est élevée.
• Présence de la gaine de myéline : La myélinisation augmente considérablement la vitesse de conduction.

Types de Conduction Nerveuse

On distingue deux principaux modes de conduction de l'influx nerveux :

• Conduction continue : Se produit dans les axones non myélinisés (amyéliniques). Le potentiel d'action se propage de proche en proche, par dépolarisation successive de segments adjacents de la membrane axonale. Ce type de conduction est relativement lent.
• Conduction saltatoire : Caractéristique des axones myélinisés. La gaine de myéline est interrompue à intervalles réguliers par des zones non myélinisées appelées nœuds de Ranvier. Le potentiel d'action ne se régénère qu'au niveau de ces nœuds. L'influx nerveux "saute" ainsi d'un nœud de Ranvier à l'autre, ce qui rend la conduction beaucoup plus rapide et économe en énergie.

La Synapse : Point de Communication Interneuronale

La synapse est la zone de jonction spécialisée où un neurone (le neurone présynaptique) transmet un signal à une autre cellule, qui peut être un autre neurone (le neurone postsynaptique) ou une cellule effectrice (cellule musculaire, cellule glandulaire).

Mécanisme de la Transmission Synaptique (Chimique)

La transmission synaptique la plus courante est de type chimique et se déroule en plusieurs étapes :

1. L'arrivée d'un potentiel d'action à la terminaison axonale du neurone présynaptique provoque l'ouverture de canaux calciques voltage-dépendants.
2. L'entrée d'ions calcium (Ca2+) dans la terminaison présynaptique déclenche la fusion de vésicules synaptiques (contenant des neurotransmetteurs) avec la membrane présynaptique.
3. Les neurotransmetteurs (substances chimiques messagères) sont alors libérés dans l'espace synaptique (ou fente synaptique), un étroit intervalle séparant le neurone présynaptique du neurone postsynaptique.
4. Les neurotransmetteurs diffusent à travers l'espace synaptique et se lient à des récepteurs spécifiques situés sur la membrane du neurone postsynaptique.
5. Cette liaison modifie la perméabilité ionique de la membrane postsynaptique, générant un potentiel postsynaptique. Selon le type de neurotransmetteur et de récepteur, ce potentiel peut être :
   • Excitateur (PPSE) : S'il provoque une dépolarisation du neurone postsynaptique, augmentant la probabilité qu'il génère à son tour un potentiel d'action.
   • Inhibiteur (PPSI) : S'il provoque une hyperpolarisation (ou stabilise le potentiel de repos) du neurone postsynaptique, diminuant la probabilité qu'il génère un potentiel d'action.