La conduction du message nerveux - Maxicours

La conduction du message nerveux

Objectifs
  • Connaitre les caractéristiques structurales du neurone.
  • Comprendre les propriétés particulières du neurone à l'origine de l’élaboration et de la propagation du message nerveux le long de la fibre nerveuse.
  • Connaitre les caractéristiques du message nerveux (nature et codage).
Points clés
  • Le neurone reçoit des informations principalement au niveau de son corps cellulaire ou de ses dendrites.
  • Suite à une stimulation d'intensité suffisante (au-dessus du seuil), il peut transmettre un message nerveux à une autre cellule (neurone, muscle...).
  • L'activité élémentaire enregistrée au niveau de l'axone du neurone est appelée « potentiel d'action ».
  • Un potentiel d’action consiste en une dépolarisation brève du potentiel membranaire.
  • Le potentiel d'action possède toujours les mêmes caractéristiques.
  • L'intensité de la réponse à des stimulations d'intensités variables se fait donc grâce à un codage en fréquence des potentiels d'action.
Pour bien comprendre
  • Le système nerveux est composé de deux centres nerveux (cerveau et moelle épinière) et de nerfs.
  • Des messages nerveux sont transportés le long des nerfs formés de fibres nerveuses.
1. Un peu d’histoire
Représentation de neurones

Dans l’histoire des neurosciences, comprendre que le système nerveux était constitué de cellules distinctes reliées entre elles fut une étape décisive dans la compréhension de son fonctionnement.

Un scientifique espagnol du XIXe siècle, Ramon y Cajal montra l’existencedes neurones et leur grande diversité dans l’organisme.

Pour cela, il utilisa une coloration particulière, mise au point par Golgi (un médecin italien), qui permet de colorer l’intérieur des cellules. Ces deux chercheurs furent été récompensés par le prix Nobel de physiologie en 1906.

2. L’organisation d’un neurone

Le neurone est une cellule nerveuse que l’on retrouve en grand nombre dans les centres nerveux : le cerveau et la moelle épinière.

Un neurone est constitué des éléments suivants :
  • Un corps cellulaire où se trouve le noyau.
  • Des dendrites qui reçoivent des informations. Ce sont ces prolongements qui reçoivent les informations provenant d’autres neurones. En moyenne, on en compte plusieurs milliers par cellule nerveuse (les schémas de neurone sont donc très simplifiés par rapport à la réalité).
  • Un axone appelé également fibre nerveuse qui est un prolongement unique de la cellule. Il peut être très long (de la taille de la jambe par exemple) et son rôle est de conduire le message nerveux. Les fibres nerveuses regroupées entre elles forment un nerf.
  • Plusieurs terminaisons se terminant chacune par un bouton synaptique. Selon le type de neurone, l’information est alors transmise soit à d’autres cellules nerveuses : par des synapses neuro-neuroniques, soit à des fibres musculaires : par des synapses neuromusculaires.
3. Le neurone : une cellule spécialisée excitable
a. Activité électrique d’une fibre nerveuse au repos

L’activité au niveau d’une fibre nerveuse d’un neurone peut être étudiée à l’aide de micro-électrodes réceptrices. Le signal capté est amplifié et envoyé vers un oscilloscope.

Une des micro-électrodes est laissée dans le milieu extracellulaire, l’autre est plantée dans la fibre nerveuse.

Des expériences sont réalisées en utilisant des axones de calmar. Ce mollusque possède la particularité d’avoir des neurones géants dont les fibres nerveuses ont un diamètre pouvant mesurer 1 mm, faciles à utiliser en électrophysiologie.


Schéma du protocole pour enregistrer l’activité
au niveau d’une fibre nerveuse
Observations
  1. Tant que les deux électrodes se trouvent à l’extérieur de la fibre, la différence de potentiel (ddp) visualisée sur l’écran de l’oscilloscope est égale à 0 mV.
  2. Planter une des micro-électrodes dans la fibre entraîne une modification de la ddp. On remarque qu’elle devient négative, environ –70 mV.
Interprétation

La membrane des cellules est polarisée, sa face interne est électronégative par rapport à sa face externe. La différence de polarisation est de –70 mV entre les deux faces.

Cette valeur correspond au potentiel de repos de la cellule.

Remarque
Toutes les cellules de l’organisme montrent une différence de potentiel membranaire. La spécificité des neurones vient de leur particularité à modifier cette ddp.
b. Activité électrique d’une fibre nerveuse excitée

On ajoute au dispositif permettant de mettre en évidence le potentiel de repos une électrode excitatrice capable de stimuler électriquement l’axone de calmar à un point donné.

Une série de stimulations d’intensités croissantes est appliquée.

On constate que, si l’intensité de la stimulation est suffisante, un potentiel d’action se déclenche. Il dure environ 2 ms.


Enregistrement de l’activité électrique
d’une fibre nerveuse excitée

Ce potentiel d’action constitue le signal nerveux élémentaire de la fibre nerveuse.

Il correspond à une inversion rapide et transitoire de la différence de potentiel membranaire : la face interne de la membrane de l’axone devient positive. Puis la différence de potentiel retrouve la valeur qu’elle avait au repos : c’est la repolarisation.

Le message nerveux qui circule le long des neurones est donc de nature électrique.

4. Les propriétés de l’activité électrique de la fibre nerveuse

Quel que soit l’endroit de la fibre nerveuse où l'on enregistre un potentiel d’action, on constate que le signal est toujours le même. De plus, son amplitude reste identique à partir du moment où la valeur du seuil de stimulation est franchie. C’est la loi du tout ou rien.


Enregistrement de l’activité électrique d’une fibre nerveuse
lors d’une augmentation de l’intensité de la stimulation

Or, la cellule nerveuse doit être capable de propager des messages nerveux d’intensités variables.

On constate que plus l'information à transmettre est intense, plus le nombre de potentiels d'action dans un temps donné sera important.

Il s’agit donc d’un codage en fréquence de potentiel d’action.



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