I.INTRODUCTION

Rappels : La neurophysiologie est une science permettant de comprendre les fonctionnements physiologiques tels que les gestes moteurs ou la perception sensitive. Elle repose sur la diffusion de courants électriques le long du système nerveux et se caractérise par deux mouvements complémentaires :

- Le mouvement ascendant (= bottom up) : de la périphérie ou système nerveux périphérique (SNP) jusqu’au système nerveux central (SNC). Le but est d’informer le corps de ce qu’il se passe (douleurs, mouvements…)

- Le mouvement descendant (= bottom down) : en opposition au précédent, il traduit la réponse du SNC à l’influx nerveux reçu. Il peut être activateur comme inhibiteur.

I.A POTENTIEL DE MEMBRANE

Pour pouvoir vivre il faut qu'un organe transmette un potentiel d'action depuis la périphérie avec conservation totale de l'amplitude du potentiel d’action.

Les travaux de Bernstein l’ont amené à une hypothèse en trois points essentiels :

1) En absence de stimulations, il existe une différence de potentiel entre l’intérieur et l’extérieur de la cellule : on appelle cela le potentiel de repos.

2) Ce potentiel de repos est la conséquence d’une perméabilité sélective de la membrane plasmique au potassium, couplé à un gradient de concentration.

3) Lors de l’excitation (PA), la perméabilité membranaire va augmenter pour tous les ions et va provoquer une baisse de la polarité membranaire (=dépolarisation) par rapport au potentiel de repos. Les potentiels d'action (PA) peuvent être mesurés dans des endroits autres qu’au niveau des cellules nerveuses ! Par exemple, au niveau de la rétine, de la cochlée, du myocarde et du cervelet

Le cervelet est la partie du système nerveux qui centralise les informations liées à la posture et au maintien de l'équilibre.

La réalisation d’un ionogramme (examen permettant de connaître la concentration des liquides en différents ions) est systématique aux Urgences sur un patient présentant une précordialgie (douleur thoracique) à la suite d’un traumatisme, car une hypo/hyperkaliémie peut être la cause d’un arrêt cardiaque. Il existe donc une disposition spécifique des ions de part et d’autre de la membrane plasmique ce qui entraine la formation de gradients de concentrations ioniques 

intracellulaire : Na+ = 14 mm - extracellulaire Na+ = 140 mm -> 10x plus de Na+ en extracellulaire

intracellulaire : K+ = 160 mm - extracellulaire K+ = 3mm -> + de 40x plus de K+ en intracellulaire

intracellulaire : Ca2+ = 100nm - extracellulaire Ca2+ = 2mm -> Ca2+ très supérieur en extracellulaire

intracellulaire : Cl- = 14mm - extracellulaire Cl- = 150 mm -> + de 10x plus de Cl- en extracellulaire

Ces données sont à connaitre par coeur !!!

A retenir : Le Potassium est majoritairement INTRAcellulaire. Sodium, Calcium et Chlore sont principalement EXTRAcellulaires. (Pour vous en souvenir, vous pouvez vous dire que le K+ a UNE seule lettre donc peut facilement rentrer dans une cellule--> intracellulaire, tandis que le Ca2+, Cl et le Na+ ont DEUX lettres donc trop gros pour être dans la cellule--> extracellulaire.

Pour définir le potentiel de membrane, Nernst définit le potentiel d’équilibre d’après la loi de Nernst. La membrane sert à séparer deux compartiments avec des compositions et des concentrations différentes.

Nernst a décrit le potentiel d’équilibre : un bac avec un voltmètre mesurant une différence de potentiel entre les 2 compartiments. On rajoute différents ions : le résultat est la nullité du gradient de charge et le voltmètre indique 0 mV (car il y a autant de charges positives des deux côtés, donc pas de gradient).

On insère un canal potassique pour que les ions potassium puissent s’équilibrer en passant à travers (puisqu’il y a moins de K+ d’un côté que de l’autre. ➔ Le gradient devient nul pour le potassium (il y a désormais autant de K+ de part et d’autre de la membrane). Le gradient de sodium n’a pas changé. On a un gradient de charge qui va être modifié, le voltmètre va mesurer une différence de potentiel de -90 mV. C’est le potentiel d’équilibre de K+ (=valeur où il n’y a plus de mouvement d’ions K+), noté EK+.

Si on ne touche pas au gradient potassique et qu’on égalise les concentrations sodiques en insérant un canal sodique on permet aux ions sodium de se répartir. ➔ Le gradient devient nul pour le sodium. La différence de charge est dans ce cas de +60mV. C’est le potentiel d’équilibre de Na+, noté ENA+

Si on bloque la conductance sodique, le potentiel est celui d’équilibre du potassium : - 90 mV

Si on bloque la conductance potassique, le potentiel est celui d’équilibre du sodium : + 60 mV

N.B : Valeurs importantes à connaitre !

Un potentiel de repos membranaire est de -65mV (attention, pas égal à 0 !). Ce potentiel de membrane peut se modifier dans le sens d’une dépolarisation ou hyperpolarisation :

➔ Dépolarisation : déplacement (du potentiel de repos donc environ –70mV) vers des valeurs MOINS négatives ou POSITIVES (overshoot) la cellule se dépolarise. On tend vers le potentiel d’équilibre du sodium. C’est ce qui se passe lors d’une stimulation de la membrane.

➔ Hyperpolarisation : En revanche lorsque ce potentiel se déplace de -70 mV vers les valeurs DAVANTAGES négatives, la cellule s’hyperpolarise. On tend versle potentiel d’équilibre du potassium.

Les canaux ioniques influent également sur le potentiel de membrane : la configuration géométrique module le passage des ions. A l’état de repos, ils sont fermés ; l’allostérie (c’est-à-dire leur forme) se modifie si les canaux sont stimulés. La propagation d’un courant électrique va entrainer un phénomène d’ouverture des canaux ioniques en cascade (les uns après les autres).

Certaines maladies peuvent avoir des conséquences sur la transmission des PA :

- Chez un sujet sain, la stimulation induira une décharge de PA synchrone au rythme de stimulation.

- Au contraire, on observe, chez un sujet présentant une maladie génétique avec mutation d’un canal ionique, que la stimulation entraine un PA qui s’épuisera rapidement. Les conséquences de ces mutations sont : cécité, surdité, myopathie, paralysie motrice…

Les thérapies futures seront donc des thérapies géniques, basées tout d’abord sur l’identification des gènes responsables(84 enregistrés pour la surdité) puis sur l’injection de la protéine (codée par ce gène) directement dans l’organe atteint afin de pouvoir rétablir un fonctionnement électrique normal.

Il existe une grande diversité des potentiels d’actions en fonction des cellules qui le transmettent. C’est le cas au niveau du cœur avec une différence notable entre un PA auriculaire et ventriculaire.

II.LE NEURONE II.A. BASES CELLULAIRES

1. Concept de neurone :

2 théories élaborées :

• Travaux de Golgi sur la coloration des neurones et la théorie réticulaire. Elle consiste à dire que les prolongements neuronaux auraient fusionnés pour former un réseau continu (comme le système vasculaire).

• Travaux de Cajal sur la théorie cellulaire. Il définit le neurone comme étant l’unité fonctionnelle élémentaire du cerveau (neurites en contact, réseau contiguë). C’est finalement cette théorie qui a été validée par la microscopie électronique.

• Ces deux théories sont complémentaires, elles ne s’opposent pas. N

2. Organisation du neurone :

soma, axone, dendrite

Le Neurone est composé de 3 parties principales : Le soma, l’axone et les dendrites. L’ensemble est limité par une membrane neuronale reposant sur un cytosquelette.

1. Soma : Il s’agit du corps cellulaire du neurone, relié à UN prolongement principal nommé l’axone et à plusieurs autres prolongements nommés les dendrites (L’ensemble des prolongements sont appelés les neurites). Il est sphérique, avec un diamètre de 20 micromètres. Son cytosol est riche en K+ (ions potassium) donc c’est un milieu aqueux. Les organites sont les mêmes que dans les autres cellules de l’organisme : noyau, REG, REL, Appareil de Golgi, mitochondries, peroxysomes. On retrouve dans le soma :

• Un Noyau

• Sphérique
• Diamètre de 5-10 μm.
• L’enveloppe nucléaire est une double membrane qui contient des pores de 0.1 microns.
• Contient 23 paires de chromosomes soit 46 chromosomes avec la même info génétique que les autres cellules de l’organisme. (→ que ce soit une cellule de la peau, de l’estomac, du cheveux ou nerveuse ; toutes portent la même information génétique ! La différence vient du fait que toutes n’expriment pas les mêmes gènes. Elles présentent alors des protéines différentes d’où une différence notable de forme, fonction, rôle cellulaire.)

• REG ou Corps de Nissl

• Structure formée de ribosomes
• Diamètre est de 25 nm.
• Il est situé au niveau périnucléaire (autour du noyau)
• Site majeur de synthèse des protéines.
• Ils sont plus nombreux dans les neurones que dans les cellules gliales (cellules non neuronales)

Ces protéines sont importantes : exemple dans la mutation du gène OTOF, l’otoferline est anormale => les cellules sensorielles ne fonctionnent plus.)

• Ribosomes libres

Ce sont des ribosomes non inclus dans le REG. Ils se regroupent en polyribosomes pour traduire des protéines et contribuent la conduction du signal nerveux et à la transmission synaptique. Ils sont synthétisés préalablement dans le soma (logique car comme vous le reverrez plus tard dans le cours, la production de protéine ne se fait QUE dans le soma) N

• Membrane neuronale

• 5 nm d’épaisseur
• Composition protéique différente au niveau du soma qu’au niveau de l’axone ou des dendrites
• Contribue dans le maintien des gradients ioniques (différence de concentration entre milieux intra et extra cellulaires)
• Contribue à la sélection des substances entrantes dans le neurone grâce à des protéines présentes au niveau des pores de la membrane.
• Constitue une zone d’échange entre le milieu intra et extra cellulaire.
• Repose elle-même sur le cytosquelette et est ponctuée de canaux ioniques, qui obéissent à un gradient qui permettent de maintenir ce gradient membranaire entre le milieu intra et extra cellulaire.

Note du tuteur : Je suis désolé, toutes les valeurs sont à apprendre... je vous fais un récap des valeurs! PS : faite attention aux unités !

Soma = 20 um

Noyau = 5-10 um

Enveloppe nucléaire = 0,1 um

REG = 25nm

Membrane neuronale = 5 nm

2. Cytosquelette :

Il est formé de microtubules, microfilaments et de neurofilaments. Il donne la forme du neurone et est doté d’une grande flexibilité par régulation de ces trois éléments. La forme du neurone dépend du cytosquelette.

• Microtubules

• Taille : Grand (20 nm)
• Localisation : tout au long des neurites (axone, dentrites)
• Remarque : Ils sont formés de filaments de tubuline, peuvent se polymériser et se défaire (=dépolymériser) pour donner la forme du neurone, par des protéines associées qu’on nomme les MAPs (=Microtubule-associated proteins).

• Microfilaments

• Taille : Petit (5nm)
• Localisation : le long des neurites,solidement accrochés à la membrane neuronale par des protéines fibreuses
• Remarque : Ils sont constitués de filaments d’actine qui permettent la contraction, et sont capables de se faire et se défaire en permanence sous le contrôle de signaux neuronaux.

• Neurofilaments (= filaments intermédiaires dans les cellules non-neuronales)

• Taille : Intermédiaire (10 nm)
• Remarque : Ce sont des assemblages de 3 sous-unités en chaine protéique enroulés et serrés sur elles-mêmes. Du fait de leur composition ils sont moins flexibles que les microtubules et les microfilaments donc plus stable.
• Ils sont en cause dans des pathologies comme la maladie d’Alzheimer (Dégénérescence neurofibrillaire) : leur perte de stabilité vient étouffer les neurones voisins et perturbe la transmission de messages nerveux.

Le cytosquelette est susceptible de se modifier grâce à des phénomènes de régulation.

Les neurofilaments doivent être stables, ils sont beaucoup moins dynamiques à la différence des microfilaments et des microtubules et sont donc moins susceptibles de se modifier. La perte de stabilité des neurofilaments est à l'origine d'une asphyxie du réseau neuronal que l'on observe dans la maladie d'Alzheimer avec une dégénérescence neurofibrillaire.

3. Axone

Il n’existe QUE dans le neurone. Il permet la transmission du message nerveux d’un neurone à un autre. Il a une longueur comprise entre 1 mm et 1m et un diamètre compris entre 1 et 25 microns : la vitesse de conduction augmente avec le diamètre de l’axone. Il peut être :

• Efférent : s’éloigne du neurone dont il est issu

• Afférent : entre en contact avec un autre neurone

• Collatéral récurrent : collatéral de l’axone qui revient vers son neurone originel [Un axone est à la fois afférent et efférent ; selon le point de vue considéré (le neurone dont il est issu ou celui à qui il apporte l’information)]

Il n’y a PAS de REG ni de ribosomes libres dans l’axone contrairement au soma, donc pas de synthèse protéique (elles sont synthétisées dans le soma puis se déplacent dans l’axone).

La membrane a également une composition protéique différente de celle du soma.

NOTION TRÈS IMPORTANTE /!\. Il est composé d’un cône axonique à son origine et d’un bouton terminal à la fin, qui est le point de contact avec un autre neurone formant alors la synapse : C’est le lieu de transmission de l’info nerveuse.

L’ensemble des synapses formées par les ramifications du bouton est appelé champ terminal. Il est également possible d’avoir des synapses au niveau des renflements du bouton, l’axone va alors se prolonger pour se terminer plus loin, c’est ce qu’on appelle des synapses en passant.

➔ Dans le cytoplasme du bouton terminal on ne trouve PAS de microtubules mais une forte richesse en vésicules pré-synaptiques et des mitochondries. De plus, on retrouve une très forte densité de protéines sur la face interne de la membrane faisant face à la synapse.

Ce bouton terminal permet la libération de neurotransmetteur et la transformation de messages électriques en messages chimiques => c’est la synapse.

Cette synapse est le lieu d’action de certains médicaments.

Échelle cellulaire : Axone afférent : va contacter un neurone donné après avoir quitté le soma

Axone efférent : s'éloigne du neurone dont il est issu et va vers le soma d’un autre neurone

Échelle de l'organe périphérique :

Fibre nerveuse afférente : part de l'organe périphérique pour aller vers le cerveau

Fibre nerveuse efférente : part du cerveau pour aller opérer un rétrocontrôle, une modulation sur l'organe périphérique

Pour que le fonctionnement d’un organe sensoriel puisse être rapide, il faut qu’il y ait plusieurs fibres neuronales POST-synaptiques qui génèrent un potentiel d’action en même temps, on parle de synchronisation des potentiels d’action.

→ Il y a des affections génétiques où les neurones sont fatigables, au niveau de la plaque motrice (connexion entre le neurone et le muscle) par exemple, il peut y avoir une insuffisance de migration d’acétylcholine qui peut aboutir à une paralysie ou myasthénie

Dans le cas de l'organe et non plus du soma, on est à l'échelle organique et non cellulaire : la rétine, la peau, l'oreille interne. Les fibres nerveuses afférentes vont de l'organe périphérique vers la centralité. Elles conduisent l’ouïe, la vision, la sensibilité tactile jusqu'au cerveau et en retour, le cerveau qui est le coordinateur central va envoyer un système efférent pour moduler le fonctionnement de l’organe périphérique. Ce système efférent permet de contrôler par exemple la rétine, l'oreille interne pour éviter une sur stimulation il est donc très souvent inhibiteur

➔ En permanence il y a un équilibre entre système activateur et système inhibiteur [Par exemple si j’écoute attentivement ce cours, et ce sans prise de note, alors il y a un contrôle “négatif” inhibiteur sur mes membres pour qu’ils ne rentrent pas en mouvement]

L'axone a une composition protéine et qui diffère avec le soma : il n'a PAS de réticulum endoplasmique granuleux et il n'a pas de ribosome libre donc toutes les protéines sont au préalable synthétisé par le soma.

▪ L'ensemble des synapses formée par les ramifications du bouton terminal s'appellent le champ terminal

Au niveau du bouton terminal :

▪ Il n'y a pas de microtubule mais des vésicules synaptiques sont présentes.

▪ Il y a une très forte densité protéines sur la face interne de la membrane qui fait face à la synapse qui est le siège des phénomènes de plasticité neuronale.

▪ Il y a beaucoup de mitochondries car il y a un besoin énergétique majeur dans la transmission synaptique

Au niveau présynaptique le bouton terminal transforme les impulsions électriques en signal chimique il y a donc une transduction électrochimique. Le neurotransmetteur est libéré par les vésicules du bouton et ensuite contacte des récepteurs au niveau de l'élément postsynaptique. Cet élément est une dendrite le plus souvent ; ou le soma d'un autre neurone. A ce niveau il y a transformation du message chimique en électrique. Donc le message se transforme d’électrique en chimique au niveau de l’élément pré synaptique, puis il passe au niveau de la fente synaptique et enfin au niveau de l’élément post synaptique il y a une nouvelle transformation du message : de chimique en électrique.

Les pathologies liées à un défaut de relargage du neurotransmetteur dans la fente synaptique empêchent la transmission du signal électrique dans son intégrité d’où paralysie et maladie neuromusculaire.

- La synapse est impliquée dans le processus de mémoire et d'apprentissage.

- Elle dysfonctionne dans de nombreuses pathologies neuropsychiatriques.

- Elle est le lieu d'action de drogues psychoactives comme les antidépresseurs, les benzodiazépines, les neuroleptiques prescrit dans les psychoses maniaco-dépressives ou bien les schizophrénies.

En particulier au niveau du tronc cérébral, on a des neurones qui vont faire la jonction entre les informations qui remontent de la droite et celles qui remontent de la gauche ou bien les informations qui descendent de la gauche et celles qui descendent de la droite. Il est très important d'avoir une fonctionnalité préservée des interneurones.

Fonctionnement général de la synapse

1.– bouton terminal du neurone

1 2.– dendrite ou soma du neurone

Les synapses sont impliquées dans les processus d’apprentissage, mnésiques (explosion du nombre de synapses pendant les 4 premières années de vie), et dans certaines pathologies. Il existe beaucoup de médicaments antipsychotiques qui agissent sur ces synapses.

Il a fait toute une partie sur le langage, je ne pense pas que ça soit super important mais je vous la mets quand même :

Pour pouvoir parler une langue couramment (en général), il faut qu’on ait été soumis à cette langue de manière intense avant l’âge de 8 mois. Il y a des aires cérébrales qui sont impliquées dans la fusion de l’information auditive et visuelle, notamment le décodage de la lecture labiale et la combinaison entre l’information auditive et le mouvement des lèvres.

Graphème : Lettre ou groupe de lettres transcrivant un phonème.

Morphème : l’unité linguistique

Dans certaines dyslexie ou alexie, on ne peut pas associer le graphème et le morphème. 10% des enfants ne les associent pas.

Dans l’axone se fait le transport des protéines synthétisées dans le soma (Donc pas synthétisées dans l’axone !), jusqu’au bouton terminal. Pour cela, les protéines synthétisées dans le soma sont placées dans des vésicules qui vont migrer le long des microtubules grâce à d’autres protéines « transporteurs » qui utilisent comme énergie l’ATP :

- La dynéine : UNIQUEMENT RETROGRADE (du bouton terminal vers le soma)

- La kinésine : UNIQUEMENT ANTEROGRADE (Du soma vers le bouton terminal)

Avec une vitesse qui peut atteindre 1m par jour.

Dendrites

Les dendrites convergent vers le soma d’un neurone. L’ensemble des dendrites d’un neurone forme l’arborisation dendritique : elle permet la démultiplication de l’info.

La membrane des dendrites est postsynaptique : elle contient de nombreux récepteurs qui sont des sites d’action spécifiques des neurotransmetteurs.

Le cytoplasme est comparable à celui de l’axone mais avec des ribosomes en plus.

Chez certaines dendrites, on observe de petits diverticules recouverts de synapses dans leur partie distale (c’est à dire la plus éloignée du soma) appelés épines dendritiques.

3 : Classification des neurones

1. En fonction du nombre de neurites (axone + dendrites) :

=> Neurone unipolaire : Il y a un seul neurite. Qui se divise ensuite avec, d’un côté la dendrite, de l’autre un axone.

=> Neurone bipolaire : Il y a deux neurites. D’un côté il y a la dendrite et de l’autre l’axone.

=> Neurone multipolaire : Quand il y a plus de deux neurites. (Avec un seul axone et plusieurs dendrites)

2. En fonction de l’arborisation dendritique : Il y a peu de variations pour une région du système nerveux donnée. Selon la forme de cette arborisation on distingue :

• Les cellules pyramidales (Golgi de type I) : Elles sont atteintes lors du syndrome pyramidal (= vivacité des réflexes ostéo-tendineux, achiléen et rotulien) ou lors de certaines paralysies motrices.

• Les cellules étoilées (Golgi de type II) : jouent un rôle dans des pathologies sensorielles comme les surdités génétiques.

3. En fonction des territoires connectés :

• On parle de neurones sensoriels primaire quand ils codent l’information sensitive (peau, rétine, cochlée.)

• Les neurones moteurs qui vont être connectés aux muscles et dont le neurotransmetteur est toujours l’acétylcholine.

• Puis une troisième classe qu’on nomme lesinterneurones qui sont chargés de la connexion entre les différents neurones, ils sont impliqués notamment dans la transmission d’informations neuronales d’un hémicorps à l’autre.

4. En fonction de la taille de l’axone :

Les cellules de Golgi de type I : axone long qui se projette dans d’autres régions du cerveau.

Les cellules de Golgi de type II : axone court qui reste dans les environs du neurone.

5. En fonction du neurotransmetteur :

Exemple : les neurones moteurs sont tous cholinergiques. (= fonctionnent à l’acétylcholine)

TABLEAU RECAP DU CLASSEMENT DES NEURONES

Nombre de neurites :

• Unipolaire
• Bipolaire
• Multipolaire

Arborisation dendritiques :

• Cellules pyramidales
• Cellules étoilées/stellaires

Type de connections des neurites :

• Neurones sensoriels primaires
• Neurones moteurs/motoneurones

Longueur d’axone :

• Golgi de type 1
• Golgi de type 2

Neurotransmetteurs :

• Cholinergiques
• Adrénergiques

4. Les cellules gliales

On retrouve des cellules gliales qui ont une fonction de soutien et à l’ensemble du système nerveux. Elles marchent de manière tripotente. Les cellules gliales sont non-neuronales et comportent une forte quantité de ribosomes libres

1. Les astrocytes

• Ce sont les cellules les plus nombreuses et sont essentielles au fonctionnement cérébral
• Comblent l’espace entre neurones (espace faible de 20nm)
• Permettent de conditionner les mouvements des neurites comme l’extension ou la rétraction.
• Constituent l’essentiel de l’environnement du neurone (il existe davantage d’astrocytes que de liquide extracellulaire !)
• Leur rôle principal est de réguler la composition des liquides extracellulaires notamment en réduisant la dispersion des neurotransmetteurs dans les fentes synaptiques grâce à des récepteurs, mais aussi en maintenant la concentration extracellulaire de K+. Ils sont donc d’une importance capitale.
• Ils sont également siège de tumeurs : les astrocytomes.

2. Les oligodendrocytes et cellule de Schwann

Ils permettent de former la gaine de myéline autours de l’axone (surenroulement de membrane, isolant les axones). Cette gaine de myéline n’est pas continue, elle est interrompue par des trous qu’on nomme les nœuds de Ranvier pour laisser à nu la membrane axonale à intervalles réguliers. Ces nœuds de Ranvier permettent une conduite saltatoire du PA et donc de conditionner le sens de l’influx nerveux.

La myéline permet d’augmenter la vitesse de propagation du message nerveux.

La différence entre les deux types de cellules se joue sur leur localisation et leur mode de myélinisation :

➔ Les oligodendrocytes se trouvent dans le SN CENTRAL (moelle + cerveau) et myélinisent PLUSIEURS axones.

➔ Les cellules de Schwann se trouvent dans le SN PÉRIPHÉRIQUE (Nerfs crâniens, etc.) et myélinisent UN SEUL axone.

De la même manière qu'il y avait une différence d'échelle entre neurone efférent et afférent pour l'organe ; et axone afférent et efférent pour la cellule, il y a une différence entre système nerveux central et système nerveux périphérique.

Quand on considère les filets nerveux comme des nerfs crâniens le nerf optique le nerf glossopharyngien c'est celui des cordes vocale le nerf auditif ou de l'équilibre on est toujours dans le système nerveux périphérique.

Considérons les neurones sensoriels primaires qui partent de la cochlée, de la rétine, de la peau.

Le neurone auditif, celui de l'équilibre ou de la vision sont entourés par une gaine de myéline produite par la cellule de Schwann car on est au niveau du système nerveux périphérique. La cellule ciliée interne pour aller vers le centre, part de l'organe périphérique et conduit l'information sensorielle primaire du neurone sensoriel primaire depuis l'organe de sens vers le cerveau. En réponse à ce message qui est médié par les neurones afférents qui vont ensuite se réunir dans un ganglion, rejoindre le tronc cérébral, gagner le colliculus inférieur, le thalamus, le cerveau primaire et secondaire il va y avoir au retour un contrôle descendant qui est un contrôle efférent qui part du cerveau et qui va vers la périphérie on parle de système efférent. Ce système efférent est le plus souvent inhibiteur.

3. Autres cellules non neuronales

• Cellules épendymaires : Elles tapissent les ventricules cérébraux et pourraient contrôler la migration des cellules du cerveau pendant son développement embryologique. Elles peuvent être siège de tumeurs appelées épendymomes. Ces tumeurs ont comme conséquence d’empêcher la circulation du LCR (liquide céphalo-rachidien) dans les ventricules ce qui entraine une hypertension intracrânienne. Les symptômes en résultants sont : maux de tête, troubles visuels, perte du contrôle mictionnel.

• Cellules de la microglie : Elles jouent un rôle dans la phagocytose des débris neuronaux et gliaux.

II.B.MEMBRANE DU NEURONE AU REPOS

Définitions :

• Potentiel d’action : information transmise de neurone en neurone sous forme électrique. Une succession de PA est appelée train de PA. Pour en générer, une cellule doit obligatoirement avoir une membrane excitable. Il ne doit pas s’altérer sur de longues distances, l’info doit arriver intacte. Pour cela, il y a 3 paramètres à respecter :

➔ L’amplitude, la durée et la fréquence (= c’est à dire le nombre de PA par seconde, en Hertz).

Le codage de l’info (ex : intensité du stimulus) est caractérisé par :

• la fréquence des PA
• le nombre de neurones mis en jeu : lorsqu’une information a une intensité au-dessus du seuil de détection de la cellule (= qu’on appelle information supra-laminaire), il existe un phénomène de recrutement spatial des neurones pour « aider » à coder cette information.
• Potentiel de repos : C’est lorsqu’une cellule ne génère pas de PA.

➔ Il existe alors une différence de charges de chaque côté de la membrane (face interne négative / externe positive). Il a une valeur de -65 MV dans les conditions physiologiques. Le PA inverse le potentiel de repos sur 1/1000s : la face interne devient positive et la face externe négative. Pour résumer :

1- Rôle des composants cellulaires dans l’excitabilité du neurone

• Cytosol et milieu extracellulaire : Sont essentiellement composés d’eau. La molécule d’eau est une molécule polaire qui sert de solvant. On y retrouve aussi des ions en solution, qui sont responsables du PA. Les molécules d’eau isolent les ions les uns des autres en formant des sphères d’hydratation. Le cytosol est donc un milieu polaire.

• Phospholipides membranaires (principaux composants des membranes cellulaires) : La membrane neuronale est organisée en deux couches (=bicouche) de phospholipides qui forment une barrière et bloquent le passage des ions solubles dans l’eau. Ils sont constitués de deux parties :

- Des groupements hydrophobes qui correspondent aux chaînes hydrocarbonées. Ils forment ce qu’on appelle la « queue apolaire » et se font face à l’intérieur de la membrane

- Des groupements hydrophiles (donc en contact avec un milieu aqueux) qui correspondent aux chaînes phosphatées. Ils forment ce qu’on appelle « tête polaire » et sont orientés vers le cytosol ou le liquide extracellulaire.

• Protéines : Certaines sont synthétisées dans le soma du neurone par les ribosomes, d’autres sont des protéines transmembranaires, qui sont constituées de :

- Groupes R non polaires : hydrophobes et tournés vers l’intérieur de la membrane et sont associés aux phospholipides.

- Groupes R polaires : 2 pôles hydrophiles tournés vers le cytosol et le milieu extracellulaire

Parmi les protéines transmembranaires on retrouve des :

➔ Canaux ioniques : forment un pore par l’assemblage de 4 à 6 protéines et sont dotés d’une perméabilité sélective par rapport à un ion dans le sens de leur gradient de concentration. Cette perméabilité dépend : du diamètre du pore et du type de groupement résiduel R. Leur ouverture est voltage-dépendant (c’est à dire sous la dépendance de la polarité de la membrane). Il existe deux types de canaux ioniques :

1. Voltages-dépendants : Leur ouverture dépend de la modification de la polarité membranaire. Ils sont responsables du potentiel d’action et de sa propagation (Canaux à sodium voltage dépendant)

2. Chimio-dépendants : Il s’agit de la classe des récepteurs inotropes, ils s’ouvrent en présence d’un ligand. Ces canaux sont retrouvés au niveau de la synapse chimique (le neurotransmetteur est le ligand, lorsqu’il s’attache aux récepteurs du neurone postsynaptique, les canaux ioniques chimio-dépendants s’ouvrent et permettent la dépolarisation du neurone et donc la transmission du message nerveux)

➔ Pompes ioniques : ce sont des enzymes qui utilisent de l’ATP pour faire passer les ions CONTRE leur gradient de concentration. Permettent le maintien des gradients de concentration en rejetant les ions sodium à l’extérieur et en faisant rentrer les ions potassium à l’intérieur. Ces pompes consomment plus de 2/3 de l’énergie au niveau du cerveau.

2.Mouvements des ions

Ils sont permis par deux phénomènes :

✓ La diffusion : mouvement des ions qui se fait des zones à forte concentration vers celle à faible concentration (= selon un gradient)

✓ Les propriétés électriques de la membrane qui reposent sur trois conditions :

▪ La présence de canaux protéiques et de pompes ioniques qui permettent une perméabilité sélective aux ions impliqués

▪ Qu’il existe une différence de potentiel électrique de part et d’autre de cette membrane

▪ Qu’il existe un gradient de concentration pour l’ion concerné.

Différence entre un canal ionique et une pompe : Un canal ne peut pas transporter un ion contre son gradient de concentration. Pour pouvoir inverser le gradient, il faut un moteur et du carburant (ATP)→ pompe

3.Bases ioniques du potentiel de repos

Potentiel de repos : Selon Bernstein, « Le potentiel de repos est dû à une perméabilité sélective de la membrane plasmique au POTASSIUM couplé à un gradient de concentration ». La valeur de ce potentiel de repos est de -65 mv.

Notion très importante, pour retenir cette notion, retenez que le potentiel de repos (-65 mv) est très proche du potentiel d’équilibre du potassium ( -90 mv)

Cette condition est indispensable au déclenchement du PA, et est lié à la nature des ions et à leur répartition de part et d’autre de la membrane.

3.1.Mise en évidence du potentiel d’équilibre

(1) Fort gradient de concentration : pour l’ion K+ et l’anion A-, mais absence de canaux rendant la membrane électriquement neutre (Vm = 0 car K+/A- = 1 de chaque côté de la membrane)

NB : Vm correspond au potentiel de membrane

(2) Après ajout de canaux protéiques K+ sélectifs : Les ions K+ diffusent, pas les anions A-. Au fur et à mesure que l’intérieur du neurone devient négatif, la force électrique s’oppose à la diffusion de K+ et tend à maintenir K+ à l’intérieur de la cellule.

(3) À l’équilibre : La force électrique « de rappel » compense exactement la force de diffusion : il n’y a plus de mouvement de K+.

Potentiel d’équilibre = ddp compensant exactement le gradient de concentration ionique (Eion). Ek+ = - 90mV 3.2.Le potentiel d’équilibre, quelques notions

✓ On observe de GRANDES variations du potentiel membranaire pour de FAIBLES variations de concentrations ioniques.

✓ Capacitance de la membrane : du fait de la minceur de la bicouche lipidique, les charges négatives et positives s’attirent de part et d’autre de la membrane (faces interne et externe, respectivement).

✓ Force électromotrice = Vm - Eion. Si elle est nulle, il n’y a pas de mouvement.

✓ Equation de Nernst : permet de calculer le potentiel d’équilibre Eion d’un ion

La valeur de Eion dépend de la température, la charge et le rapport des concentrations intra et extracellulaires de l‘ion. Le potentiel d’équilibre est :

- Proportionnel à :

• Constante de gaz parfait R
• Température en kelvin K

- Inversement proportionnel à :

• Charge Z
• Constante de Faraday F

NB : T = température Kelvin ; F = constante de Faraday ; z =charge de l’ion ; et R = constante des gaz parfaits.

3.3.Distribution des ions de part et d’autre de la membrane

Le maintien des gradients de concentration se fait par les pompes ioniques :

• Pompe Na+ K+ : enzyme qui hydrolyse l’ATP en présence d’ions Na+ à l’intérieur de la cellule

- > correspond à 70% de l’ATP utilisée dans le cerveau.

Utilisation de l’énergie libérée pour actionner la pompe : elle fait rentrer K+ et sortir Na+

• Pompe Ca²+ : enzyme qui fait sortir Ca²+ à l’extérieur de la cellule

Potentiel d’équilibre Eion = potentiel membranaire résultant de la perméabilité sélective de la membrane à cet ion.

- Si la membrane est perméable seulement à K+, alors Vm = EK+ = - 90 mV

- Si la membrane est perméable seulement à Na+, alors Vm = ENa+ = + 60 mV

- Si la membrane est perméable également à K+ et Na+, alors Vm = (EK+ + ENa+)/2

Or, la membrane est 40 fois plus perméable à K+ qu’à Na+, ce qui explique que Vm = - 65 mV. Le K+ est alors d’importance capitale pour le potentiel de repos. Sa concentration en extracellulaire est également très importante car Vm est très sensible même à de petites variations. Une très faible variation des concentrations intra cellulaires et extra cellulaires va entrainer des variations très importantes du potentiel de membrane car le patron principal est le K +

II.C.POTENTIEL D’ACTION

1.Description d’un PA

Bref passage à la positivité de Vm, débutant par une rapide dépolarisation jusqu’à atteindre + 40 mV (1). Cette période de positivité est courte (appelée « overshoot ») et la repolarisation rapide conduit à des valeurs plus négatives (hyperpolarisation) que le potentiel de repos. Le retour est graduel au potentiel de repos.

Déclenchement du PA : Étirement de la membrane des fibres nerveuses cutanées entrainent l’ouverture des canaux perméables au Na+ . Du fait du gradient et de la charge négative du cytosol, les ions Na+ pénètrent par les canaux dans la fibre et dépolarisent sa membrane. Si la dépolarisation dépasse un ≪ seuil critique ≫, un PA est déclenché : LOI DU TOUT OU RIEN.

Déclenchement d’une salve de PA : par exemple, injection continue d’un courant dépolarisant dans le neurone. La fréquence des PA dépend de l’amplitude du courant : au seuil critique, cadence de 1 Hz(1 PA /s), pouvant augmenter au maximum jusqu’a 1000 Hz (1 PA / ms). L’information est donc qualitative et quantitative, si la stimulation continue, la fréquence des PA augmente jusqu’au seuil critique de 1000 Hz.

Quand un PA est initié, le suivant ne peut survenir qu’après un délai de 1 ms : c’est ce qu’on appelle la période réfractaire absolue.

La période réfractaire relative, elle, survient durant les ms après la période réfractaire absolue : il faut plus de courant pour dépolariser le neurone jusqu’au seuil du PA (ce phénomène est dû à l’hyperpolarisation).

Travaux de Hodgkin et Huxley : Ils ont démontré que lors de la phase ascendante du PA :

- Il y a une augmentation transitoire de la conductance de la membrane au Na+ (gNA+) qui entraine l’ouverture des canaux sodiques VD (voltage dépendants), et donc une entrée de Na+.

Remarque : Les canaux sodiques VD sont activés (ouverts) quand la dépolarisation dépasse le seuil critique de génération de PA, inactivés (fermés) quand Vm devient positif, et réactivables quand Vm retourne au potentiel de repos.

Alors que lors de la phase descendante :

- Il y a une augmentation transitoire de la conductance de la membrane mais cette fois ci au K+ (gK+°), et donc ici UNE SORTIE de K+.

Structure des canaux :

• Les canaux sodiques voltage-dépendants : il s’agit d’un polypeptide à 4 domaines qui forme un pore. Leur conformation se modifie lorsque le seuil de dépolarisation est franchi pour permettre le passage des ions Na+, c’est à dire lorsque Vm passe de -65 à -40mV.

• Les canaux potassiques voltage-dépendant : même structure mais concerne uniquement les ions K+. Mais particularité en plus, ils s’ouvrent avec un délai de 1 ms après le début de la dépolarisation (à la moitié du PA, donc).

Si on se blesse la peau on va entraîner l'activation des fibres nerveuses afférentes partons de la zone nerveuse cutanée. Leur fonction est de conduire l'information nociceptive de douleur vers le cerveau. Il va y avoir au niveau de la membrane de ces neurones afférents une OUVERTURE des canaux ioniques perméables au sodium qui va rentrer massivement à l'intérieur du filet nerveux en traversant la membrane neuronale. Le sodium passe à l'intérieur des fibres nerveuses afférentes. Comme il y a un afflux de charges positives, donc l'intérieur de la membrane devient moins négatif. Ceci entraîne une dépolarisation. À partir du moment où la dépolarisation dépasse un seuil critique selon la loi du tout ou rien un potentiel d'action est déclenché. On a une salve de potentiel d'action contrainte par la période réfractaire du neurone au maximum 1000 Hz.

À la différence des canaux sodiques, les canaux potassiques s’ouvrent avec un délai de 1 ms qui va permettre ensuite la repolarisation avec la sortie du potassium.

Remarque: le recap qui suit est celui du professeur --> à investir +++

Quelques notions à connaitre :

Seuil : potentiel de membrane à partir duquel un nombre suffisant de canaux sodiques voltage dépendants s’ouvrent pour que la perméabilité ionique de la membrane soit en faveur de Na+ et non de K+. Le seuil est de -40 mv. Donc les canaux sodiques s’ouvrent à partir de -40 mv.

Phase ascendante du PA : Le potentiel de membrane est négatif, une puissante force électromotrice va entrainer une entrée massive de Na+ dans le cytosol via les canaux → dépolarisation de la membrane jusqu’à atteindre +40 mv.

La phase « Overshoot » est une courte phase durant laquelle Vm est positif, donc entre 0 mv et +40 mv.

Phase descendante : Le potentiel de membrane est positif, les canaux sodiques sont fermés et les canaux potassiques s’ouvrent avec un délai de 1ms. Lorsque la membrane est fortement dépolarisée, les ions K+ sortent de la cellule → repolarisation de la membrane, retour vers des valeurs plus négatif que le potentiel de repos puis retour graduel vers le potentiel de repos.

Dépolarisation : entrée massive d’ions Na+ qui permet d’augmenter le potentiel de membrane et de le faire tendre vers E(Na+) jusqu’à la fermeture des canaux.

Hyperpolarisation : sortie massive des ions K+ qui permet de diminuer le potentiel de membrane et de le faire tendre vers E(K+), jusqu’à la fermeture des canaux

Période réfractaire absolue : canaux sodiques fermés lorsque la membrane est fortement dépolarisée, et ne peuvent s’ouvrir pour enclencher un autre PA que lorsque le potentiel de membrane est redevenu suffisamment négatif

Période réfractaire relative : hyperpolarisation de la membrane tant que les canaux potassiques sont ouverts, et nécessite plus de courant dépolarisant pour que le potentiel de membrane atteigne le seuil de dépolarisation

Un PA dure donc 2 ms au total.

2.Propagation d’un PA

En pathologie, il est possible que des PA se transmettent dans le sens rétrograde. Par exemple, lorsqu’une artère appuie sur un nerf crânien, il y a une modification de la propagation du PA : on parle de transmission éphaptique.

La vitesse moyenne d’un PA est de 10m/s. Les facteurs de vitesse sont :

• Le diamètre : + le diamètre de l’axone est grand, + la vitesse de conduction du PA augmente.

• La myéline : elle augmente le diamètre de l’axone, donc la vitesse de conduction. Elle permet une conduite saltatoire des PA, d’un nœud de Ranvier à l’autre (espacés de 0.2 à 2mm). C’est au niveau des nœuds de Ranvier qu’il existe une forte concentration en canaux sodiques.

On distingue 2 types de neurones afférents :

• Type I (95%) : gros diamètre + gaine de myéline -> transmission saltatoire et rapide

• Type II (5%) : petit diamètre + sans gaine de myéline -> transmission lente

Il y a une forte concentration de canaux sodiques au niveau des nœud de Ranvier. Ils sont susceptibles de faire rentrer le sodium au niveau de la membrane neuronale. Les nœud de Ranvier sont présents tous les 2 mm ou 0. 2 mm

S'ils sont espacés de 0,2 mm donc ces nœuds de Ranvier sont très proches ainsi la transmission sera très rapide.

Le sens de propagation est antérograde. Un PA en un point donné de la membrane entraine un afflux d’ions positifs, donc la création de petits courants locaux entre la portion de membrane dépolarisée et la portion adjacente encore au repos, Puis on a une dépolarisation de la portion adjacente qui, une fois son seuil atteint, génère à son tour un PA. Le PA, qui correspond à un courant positif, se propage le long de l’axone : du cône axonique d’où il part vers le bouton terminal. Pas de propagation rétrograde, du fait de la période réfractaire.

Le segment de membrane qui vient de générer un PA ne peut en générer un autre immédiatement après alors que le segment situé juste en avant le peut. N

II.D. LA SYNAPSE

1.Généralités

La synapse correspond à l‘aire de jonction entre deux neurones. Apparaît à ce niveau des différenciations structurales, anatomiques et fonctionnelles, permettant à l’activité d’un neurone d’entrainer l’excitation ou l’inhibition d’un autre. Elle récolte la somme des messages activateurs ou inhibiteurs nécessaires au fonctionnement du neurone post-synaptique.

➔ Il est admis qu’1mm de substance grise du cortex peut contenir jusqu’à 5 milliards de synapses (et donc des possibilités illimitées d’apprentissage pour le cerveau théoriquement).

Toute modification de morphologie d’une synapse peut entrainer des pathologies. Toutefois, il est possible d’intervenir sur la synapse pour un retour à la normale.

Evolution de la densité synaptique avec l’âge : exemple du cortex auditif

La densité synaptique augmente de manière exponentielle (très importante) dès 6 mois de vie in utéro et jusqu’à l’âge de 4 ans chez l’enfant, pour ensuite diminuer et subir une maturation jusqu’à l’âge de 12 ans (pour que son langage se développe, l’enfant est soumis à de nombreuses infos auditives). Par conséquent, si l’enfant n’est pas soumis à l’apprentissage de 2 langues avant l’âge de 8 mois, il sera impossible pour lui de devenir véritablement bilingue par la suite.

2.Différents types de synapses

• 2.1.La synapse électrique :

Elle correspond à un passage direct d’ion : rapide et bidirectionnel (à la DIFFERENCE des synapses chimiques majoritaires !!!). Elle se situe dans des régions particulières des cellules : au niveau des jonctions étroites (3nm). Elles sont caractérisées par un espace étroit entre les membranes pré et post-synaptique et possèdent des connexons formant des canaux ioniques assurant la continuité entre le cytoplasme d’un neurone et celui d’en face. Ces connexons permettent aux ions et aux molécules de petite taille de passer d’un cytoplasme à l’autre.

Le neurone présynaptique est composé de microtubules et possède des mitochondries. On trouve des jonctions communicantes (GAP jonctions) espacées de 3.5 mm : les ions passent directement par les canaux de jonction : les cellules sont couplées électroniquement.

Comme les ions sont chargés, du courant électrique peut passer à travers ces canaux : on dit que ces jonctions sont couplées électriquement. Durant la croissance, on a une multiplication exponentielle des synapses au fur et à mesure qu’il y’a un développement tonique.

• 2.2. La synapse chimique :

Son fonctionnement repose sur l’émission et la réception d’un neurotransmetteur (nt) : la transmission est unidirectionnelle, plus lente que la transmission électrique mais avec un message quantique [c’est à dire quantifié] (quantité de nt donc modulable). Elles sont de loin les plus fréquentes.

Elle fonctionne par fusion entre la membrane des vésicules présynaptique et la membrane présynaptique du bouton terminal. Elles sont plus grandes (de 20 à 50 nm), et possèdent une matrice de protéines fibreuses qui assure l’adhésion des membranes pré et postsynaptiques [les membranes des deux neurones ne sont pas en continuité contrairement aux synapses électriques mais sont tout de même "réunie” par une structure protéique].

L’élément pré-synaptique est en général une terminaison axonique et contient des vésicules synaptiques (petites sphères de 50nm de diamètre) qui sont des vésicules participant au stockage des neurotransmetteurs. Il contient aussi des vésicules plus grosses : les granules de sécrétions (diamètre : 100nm) qui contiennent des protéines solubles (diffusant dans l’espace synaptique et pouvant subir une recapture par les cellules gliales), ainsi que d’autres organismes comme des mitochondries.

Un neurotransmetteur est un agent chimique sécrété par le neurone présynaptique et utilisé comme messager entre neurones

Les protéines de la face interne de la membrane pré-synaptique sont organisées en pyramides.

Pyramides et zones membranaires correspondantes sont les sites de libération des neurotransmetteurs.

Les protéines dans l’épaisseur de la membrane post-synaptique sont organisées en densité post-synaptique, il s’agit d’une zone riche en protéines spécifiques, qui servent de récepteurs aux neurotransmetteurs. Elles possèdent les mêmes organites.

La synapse est la première cible d’un phénomène de privation, de sur stimulation, ou d’entrainement visuel ou auditif par les modifications du nombre de récepteurs ou de la quantité de neurotransmetteurs libérés.

Dans le cas d’un traumatisme visuel ou sonore (comme un fort éblouissement, ou un concert), une forte quantité de neurotransmetteurs est libérée ce qui peut entrainer une atteinte irréversible du nerf et peut avoir comme conséquence une surdité post-traumatique. Trop de stimulation entraine la mort du récepteur sensible : c’est le concept d’excitotoxicité.

Les maladies où les vésicules ne peuvent être délivrées dans l’espace synaptique entrainent une paralysie (notamment dans l’œil : perception de la couleur ou de la brillance selon que les cônes ou les bâtonnets soient touchés).

D’autres maladies affectent la formation voire le stockage du neurotransmetteur dans les vésicules altérées.

Petit récap avec les principales différences :

Synapse chimique  :

• Lente + UNIDIRECTIONNELLE
• La plus fréquente
• En général l’élément pré-synaptique est une terminaison synaptique
• Élément pré synaptique + post synaptique + vésicules synaptiques (La synapse n’est donc pas en continuité)

Synapse électrique :

• Rapide + BIDIRECTIONNELLE
• Plus rare
• Au niveau des jonctions étroites
• Composé de jonctions GAP (connexons)

Classement des synapses :

On distingue les synapses selon leur localisation au niveau de l’élément post synaptique :

- Sur une dendrite : synapse axodendritique ou dendrodentritique

- Sur le corps cellulaire : synapse axosomatique

- Sur un autre axone : synapse axoaxonique

On peut les distinguer selon les différenciations membranaires pré/post synaptiques :

- Gray I asymétrique et excitatrice : l’épaisseur de la différenciation membranaire post synaptique est supérieure à celle de la différenciation pré synaptique.

- Gray II symétrique et inhibitrice : les différenciations pré et post synaptiques ont la même épaisseur.

3.Transmission synaptique chimique

1. Le neurotransmetteur est synthétisé et stocké dans des vésicules

2. Un potentiel d’action parvient à la terminaison pré-synaptique

3. La dépolarisation membranaire entraine l’ouverture des canaux calciques. On a donc un fort gradient de concentration (10-3 contre 10-7→ plus de Ca2+ à l’intérieur), entraînant l’entrée très rapide de Ca2+

4. Fusion des vésicules avec la membrane pré-synaptique

5. Le transmetteur est libéré dans la fente synaptique par exocytose

6. Le neurotransmetteur diffuse dans la fente synaptique

7. Le neurotransmetteur se lie à des récepteurs spécifiques de la membrane post-synaptique

8. La liaison du neurotransmetteur entraine l’ouverture (ou la fermeture) de canaux postsynaptiques. Les récepteurs post-synaptiques sont dits « ionotropiques ».

9. Le neurotransmetteur se lie à son récepteur, situé sur la membrane plasmique.

Dans l’exemple d’un canal sodique (à sodium Na+), la fixation du neurotransmetteur sur le récepteur permet l’ouverture de ce canal et le passage desions sodium (Na+).

Pour un récepteur donné, la fixation du neurotransmetteur peut avoir l’effet inverse. [C’est ce que l’on a vu au début du cours, ici on “ouvre les portes” spécifique à un ion. Ainsi, s’il est majoritairement intra-cellulaire, l’ion va sortir de la cellule et à l’inverse si sa concentration extra cellulaire est supérieure, il entrera dans la cellule pour trouver un équilibre. (D’où l’importance d’un gradient de concentration à l’état de repos !!)]

10. Les ions peuvent diffuser à travers la membrane du neurone post-synaptique [en passant par les canaux qui leurs sont spécifiques, ouverts grâce aux nt]

11. La libération du neurotransmetteur est locale mais démultipliée par le grand nombre de récepteurs trouvés

12. Le courant post-synaptique (PPSE excitateur et PPSI inhibiteur) modifie l’excitabilité du neurone. La modification de la perméabilité membranaire entraine une modification du potentiel de membrane.

13. Reconstitution des vésicules à partir de la membrane plasmique pré-synaptique

14. Les neurotransmetteurs sont éliminés de la fente synaptique (après la transmission du PA) :

• Dégradation par des enzymes présentes dans la fente synaptique
• Recapture par le bouton synaptique
• Diffusion hors de la fente synaptique
• Élimination par les astrocytes présentes autour de la synapse.

Il faut savoir que seuls les axones peuvent former des potentiels d’actions (il existe des synapses axoaxonique, axo-somatique, axo-dendritique mais le PA provient toujours des axones ou l’on trouve le bouton terminal).

Ce PA commence en un point appelé zone gâchette qui se situe à la racine de l’axone près du corps cellulaire)

La jonction neuromusculaire peut être bloquée par des poisons. (Curare par exemple)

Le potentiel post-synaptique excitateur et inhibiteur (PPSE et PPSI) :

• Neurotransmetteur excitateur : PPSE (Potentiel Post-synaptique Excitateur)
• Neurotransmetteur inhibiteur : PPSI (Potentiel Post-synaptique Inhibiteur)

L’effet des neurotransmetteurs dépend :

- Du type de neurotransmetteur (Glutamate=NT EXCITATEUR et GABA= NT INHIBITEUR)

- Du type de récepteur, avec 2 types d’effets : excitateur ou inhibiteur. Exemples :

• Récepteur-canal perméable au Na+ : fixation du NT (Glutamate , Acétylcholine) → passage d’ions Na+ → potentiel post-synaptique excitateur (PPSE) et dépolarisation
• Récepteur-canal perméable au Cl- : fixation du NT (GABA) → passage d’ions Cl- → potentiel post-synaptique inhibiteur (PPSI) et hyperpolarisation

De même pour les canaux K+ et la sortie des ions

Prenons l’exemple du neurone moteur, s’il y a plus de PPSE que de PPSI le neurone moteur est dépolarisé et le message nerveux passe. Dans le cas contraire, s’il y a plus de PPSI que de PPSE le neurone moteur ne se dépolarise pas et donc pas de message nerveux. Il faut aussi savoir que si un neurone reçoit beaucoup de PPSI, il sera plus difficile de la dépolariser et il faudra plus de PPSE qu’un neurone au repos pour le dépolariser.

4.Cas particulier des jonctions neuromusculaires

Il s’agit de synapses entre les axones des neurones moteurs de la moelle épinière et les muscles squelettiques. La transmission est rapide et fiable car la membrane postsynaptique possède un grand nombre de zones actives et une série de replis profonds. (Cela permet une libération focalisée des neurotransmetteurs). Son neurotransmetteur est TOUJOURS l’acétylcholine

La jonction est bloquée par le curare : entraine une paralysie (mortelle si elle apparaît au niveau des muscles inspirateurs).

EXEMPLE DE LA SYNAPSE NEUROMUSCULAIRE : Le biceps et le triceps sont deux muscles antagonistes, ils ne peuvent pas se contracter en même temps. Le biceps permet la flexion de l’avant-bras alors que le triceps est un muscle qui permet l’extension de l’avant bras.

Comment se fait-il que l’un se contracte alors que l’autre se repose ? C’est très simple, lorsque l’on fléchit le bras, le neurone responsable de la flexion s’active et envoie un PPSE au biceps et un PPSI au triceps. Lors de l’extension, l’inverse se produit avec le neurone responsable de l’extension.

5.Plasticité synaptique

• La plasticité :

Traduit la capacité du cerveau à s'adapter, d'un point de vue structurel et fonctionnel, à une modification de l'environnement. Elle désigne les possibilités de modifications anatomiques et fonctionnelles du SNC dans 3 circonstances :

➢ Privation sensorielle (animal rendu expérimentalement sourd ou aveugle par exemple)

➢ Entrainement intensif : peuvent modifier les capacités mémorielles par exemple, pour être plus performant

➢ Réhabilitation en cas de pathologie : remplacement d’un organe sensoriel défaillant par une prothèse par exemple

▪ Privation :

⇨ Le soldat amputé d’un membre a son cerveau réorganisé : c'est la plasticité : S’il est amputé de la main droite et on lui effleure la joue gauche, il décrit une douleur du bras droit. Dans le cortex, la représentation du bras est adjacente à la représentation du visage et de la joue. Chez lui le cortex gauche ne reçoit plus d'informations du membre amputé droit donc les neurones voisins vont envahir la région du cortex sensitif qui codait pour le membre. La plasticité synaptique est à l’origine du membre fantôme.

⇨ Le cortex visuel du chat rendu aveugle à la naissance va répondre aux stimulations auditives. Une privation entraine une réorganisation du fonctionnement et de l’architecture du cerveau.

▪ Entrainement :

⇨ Le musicien peut entendre beaucoup plus la fréquence et donc va avoir un cortex modifié.

⇨ On a entrainé les singes à augmenter leur discrimination sensitive : on a observé qu’il y a une hypertrophie de la sensibilité de la main

On a pu mesurer les phénomènes de plasticité liés à l’entrainement.

▪ Réhabilitation / traitement :

⇨ De l’oreille interne artificielle comme par exemple l’implant cochléaire qui va permettre de reproduire à nouveau un fonctionnement normal. Remplacer un membre défectueux va permettre de normaliser l’architecture fonctionnelle du cerveau : on parle de plasticité secondaire car secondaire a une réhabilitation.

Plasticité :

➔ Environnement/privation

➔ Réhabilitation/traitement

➔ Entrainement

Maturation :

➔ Neuro-développement qui intervient dans le ventre de la mère et durant les premières années de vie

Le réseau synaptique permet l’apprentissage mais le vieillissement provoque une altération des fonctions cognitives, des capacités mémorielles et d’attention, ainsi qu’un rétrécissement de la substance grise contenant les synapses (-> diminution du nombre de synapses).

Pour le moment, on ne sait pas régénérer les neurones mais on peut améliorer la transmission neuronale. En effet, chez un animal atteint d’une maladie qui empêche la synthèse de protéines indispensables au fonctionnement de l’oreille interne, en injectant directement ces protéines dans la zone touchée les effets de maladie disparaissent. On sait aussi remplacer les organes défaillants.

Cette partie du cours intéresse beaucoup le professeur, ça tombe chaque année au concours...

Exemple : plasticité de la synapse de Held : Il s’agit de la synapse de Held : synapse axosomatique terminale, située dans le SN auditif central, correspondant à une connexion neuronale entre boutons terminaux et corps cellulaires des cellules sphériques en buisson SBC (riche en innervations) du noyau cochléaire antéro ventral NCAV (lui même situé dans le tronc cérébral). Cette cellule en buisson a une courbure caractéristique de la densité postsynaptique.

On effectue une comparaison entre la synapse de Held d’un chat normo-entendant, d’un chat sourd de naissance et d’un chat sourd congénital traité par stimulation électrique :

➔ Chat normo-entendant : Au niveau de l’élément pré-synaptique, on remarque la présence de vésicules synaptiques contenant des neurotransmetteurs dans le bouton terminal. Au niveau de l’élément post-synaptique, on constate une courbure caractéristique (des invaginations) et des récepteurs spécifiques aux neurotransmetteurs.

➔ Chat sourd : on remarque une atrophie du bouton terminal, une diminution de la taille du soma, mais aussi une déplétion en vésicules synaptiques, une hypertrophie des récepteurs post-synaptique aux neurotransmetteurs et une disparition de la courbure de l’élément post- synaptique. La densité post-synaptique est ici large, épaissie, et aplatie. La synapse a dégénérée.

➔ Chat sourd traité : après 2-3 mois, la synapse a une morphologie semblable à celle du chat normo-entendant, les vésicules synaptiques sont normales, la courbure est normale tout comme la densité post-synaptique.

Chez l’humain sourd non traité, on observe une hypertrophie du cortex sensitif et du cortex visuel qui occupe alors celui sensitif. Après traitement par implant, on observe une différenciation entre le cortex sensitif et visuel, tout comme chez l’humain normo-entendant.

La synapse de HELD est hyper importante !!! Quasiment chaque année, il y a un qcm dessus, investissez la bien ☺

En conclusion, on observe de manière générale une rapidité impressionnante des phénomènes de plasticité cérébrale (2-3 mois). Cependant, le facteur limitant est l’âge : plus la personne est jeune, plus la plasticité se mettra facilement en place. Après 4 ans dans la modalité auditive, le cerveau a acquis la différenciation des sens, il va y avoir un processus d’économie et le nombre de synapse diminue. Il n'y a pas d'augmentation de synapse jusqu'à l'âge de 18 ans Il y a augmentation du nombre de synapse jusqu'à ce que l'organe ait besoin d'une augmentation. L’acquisition du langage fait que le nouveau-né va être exposé à toutes sortes de son au fur et à mesure que sa mémoire stock des sons nouveaux et tant que c'est le cas il y a une augmentation du nombre de synapse.

D’abord il y a une multiplication synaptique puis une diminution. Ici on ne parle pas de plasticité mais de maturation neuronale.