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Intégration du message nerveux par le motoneurone

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Objectifs

Savoir ce qu’est une synapse excitatrice et une synapse inhibitrice.
Comprendre la manière dont les messages nerveux sont intégrés au niveau du corps cellulaire du motoneurone.
Comprendre la notion de sommation spatiale et de sommation temporelle.

Points clés

Le motoneurone peut recevoir en même temps des informations provenant de nombreux neurones.
Une synapse excitatrice déclenche la création d’un message nerveux sous la forme de train de potentiel d’action au niveau du motoneurone.
Une synapse inhibitrice empêche la création d’un message nerveux au niveau du motoneurone.
La sommation spatiale correspond à l’intégration par le motoneurone de plusieurs stimulations provenant de neurones différents afin de générer une réponse unique.
La sommation temporelle correspond à l’intégration par le motoneurone de plusieurs stimulations rapprochées provenant du même neurone afin de générer une réponse unique.
Au niveau du corps cellulaire a lieu le traitement de l'ensemble des informations nerveuses : le motoneurone a un rôle intégrateur qui lui permet d'émettre un message nerveux unique qui tient compte de tous les messages reçus au niveau des synapses.

Pour bien comprendre

Connaitre la structure et la localisation du motoneurone

Un peu d'histoire

Sir Charles Scott Sherrington était un médecin anglais qui s’intéressait au fonctionnement du système nerveux. Connu pour avoir inventé le mot « synapse », il reçut en 1932, avec Edgar Douglas Adrian, le prix Nobel de physiologie ou médecine pour ses découvertes sur les fonctions des neurones.

Il montra que la stimulation d’un muscle lors d’un mouvement, qu’il soit volontaire ou non, implique l’inhibition d’un muscle antagoniste.

De plus, il travailla essentiellement sur le motoneurone, et la façon dont ce dernier reçoit et traite les informations provenant des autres neurones de la moelle épinière. Selon lui, le fonctionnement du neurone ne se limite pas à transmettre une information, il possède également des propriétés qui lui permettent d’avoir une réponse qui peut varier en fonction des stimulations reçues.

On parle alors d’intégration du message nerveux.

1. Motoneurones et motricité volontaire

La commande motrice, lors d’un mouvement volontaire, est élaborée au niveau de l’aire corticale motrice dans le cerveau.

Les muscles impliqués dans un mouvement volontaire se contractent plus ou moins selon le geste que l’on veut effectuer. Soulever une plume ou prendre un enfant dans ses bras ne sollicite pas les muscles de la même façon. Selon le geste, certains muscles doivent au contraire se relâcher.

Les motoneurones de la moelle épinière, qui commandent ces muscles, possèdent des propriétés particulières. Ils peuvent recevoir des milliers de messages nerveux en même temps. Ils vont alors traiter cette information au niveau du corps cellulaire, ce qui aura pour conséquence de déclencher, ou pas, un train de potentiels d’action. Ils intègrent donc l’information nerveuse.

2. Synapses excitatrices et synapses inhibitrices

Plier le bras implique que le biceps se contracte et que le triceps se relâche.

De la même façon que pour les réflexes, le biceps reçoit donc une stimulation de la part des motoneurones.

Le triceps, quant à lui, ne reçoit aucune information, les motoneurones qui le commandent sont inhibés.

Différentes synapses sont connectées sur les motoneurones :

des synapses excitatrices, appartenant à des neurones dits excitateurs, qui déclenchent un message nerveux au niveau de l’axone du motoneurone ;
des synapses inhibitrices, appartenant à des neurones dits inhibiteurs, qui l’empêchent.

a. Les synapses excitatrices

Une synapse excitatrice provoque au niveau du corps cellulaire du motoneurone une dépolarisation.

On appelle dépolarisation le passage transitoire du potentiel de membrane d’une valeur négative (qui correspond au potentiel de repos) vers une valeur positive.

Enregistrement de l’activité électrique au niveau du corps cellulaire et de l’axone du motoneurone dans le cas d’un contact avec une synapse excitatrice.

Si cette dépolarisation a une amplitude suffisante, c'est-à-dire qu’elle dépasse la valeur du seuil de stimulation, un message nerveux se déclenche au niveau de l’axone du motoneurone.

Les fibres musculaires innervées par ce motoneurone se contractent.

b. Les synapses inhibitrices

Une synapse inhibitrice provoque au niveau du corps cellulaire du motoneurone une hyperpolarisation.

Enregistrement de l’activité électrique au niveau du corps cellulaire et de l’axone du motoneurone dans le cas d’un contact avec une synapse inhibitrice.

On appelle hyperpolarisation un changement du potentiel de membrane d’une valeur négative à une valeur qui l’est encore plus.

Cette hyperpolarisation éloigne le potentiel membranaire de la valeur du seuil de stimulation. Aucun potentiel d’action ne se déclenche au niveau de l’axone.

De plus, le motoneurone sera plus difficile à stimuler.

3. Le rôle intégrateur des motoneurones

a. La sommation spatiale

Un motoneurone peut recevoir plusieurs stimulations simultanées, excitatrices ou inhibitrices, au niveau de son corps cellulaire.

Dans l’exemple ci-dessus, le motoneurone reçoit simultanément deux stimulations excitatrices provenant de deux neurones excitateurs et une stimulation inhibitrice provenant d’un neurone inhibiteur.

Au niveau du corps cellulaire du motoneurone se réalise la sommation de l’ensemble des messages inhibiteurs et excitateurs. Il en résulte un potentiel de membrane qui, s’il est supérieur au seuil d’excitabilité, va permettre la création d’un message nerveux au niveau de l’axone.

Dans cet exemple, le motoneurone a intégré différentes informations provenant simultanément de neurones différents afin de générer une réponse unique : c’est la sommation spatiale.

On observe comme réponse un potentiel d’action : un message nerveux unique a été généré en réponse aux différentes stimulations reçues.

b. La sommation temporelle

Un motoneurone peut recevoir plusieurs stimulations ou inhibitions provenant d’un même neurone dans un délai très bref.

Dans l’exemple ci-dessus, le motoneurone reçoit de manière très rapprochée trois stimulations excitatrices provenant d’un même neurone excitateur.

On constate que les potentiels membranaires, même s’ils sont inférieurs au seuil de stimulation s’ajoutent et peuvent déclencher la création d’un message nerveux au niveau de l’axone, sous forme de potentiel d’action.

Dans cet exemple, le motoneurone a intégré plusieurs stimulations rapprochées provenant du même neurone afin de générer une réponse unique : c’est la sommation temporelle.

4. Bilan

Le motoneurone peut recevoir en même temps des informations provenant de nombreux neurones.

Au niveau du corps cellulaire a lieu la sommation spatiale et temporelle de l’ensemble de ces messages.

Le motoneurone analyse toutes les informations reçues afin de créer une réponse unique qui déclenche, ou non, un message nerveux sous la forme d’un train de potentiels d’action dans l’axone du motoneurone : c’est l’intégration nerveuse.

Cette fonction des motoneurones est essentielle dans le traitement des messages nerveux provenant par exemple du cerveau pendant un mouvement volontaire.

Aller plus loin

Un neurone se termine par des terminaisons synaptiques qui libèrent des neurotransmetteurs.

Chaque neurone n’est capable de libérer qu’un seul type de substance.

Un neurotransmetteur est soit excitateur, soit inhibiteur, quel que soit l’endroit où se trouve la cellule nerveuse.

On a montré par exemple que la plupart des neurones inhibiteurs libéraient un neurotransmetteur appelé GABA.

L’acétylcholine et la dopamine appartiennent à la famille des neurotransmetteurs excitateurs.