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Neurophysiologie - Licence 1 STAPS

• Cours de Florian Monjo
• Thème : Bases neurophysiologiques du mouvement et contrôle moteur
• Objectif de la partie 2 : Comprendre les mécanismes électro-chimiques sous-jacents

Les signaux nerveux

• Partie 2
• L'ensemble des processus nécessaires aux fonctions sensorielles, associatives et motrices demande la propagation des signaux le long des neurones et leur transfert entre différentes structures nerveuses.

Signaux électriques des cellules nerveuses

• Partie I
• Potentiels électriques transmembranaires des neurones
  • Notions de base
    • Potentiel, courant et résistance
      • Loi d'Ohm : I = V/R (courant = tension/résistance)
      • Plus la résistance est élevée, plus le courant est faible et inversement.
    • Gradient de concentration chimique et gradient électrique
      • Différence de concentration d'un ion d'un côté à l'autre de la membrane crée un gradient de concentration.
      • Les charges positives sont attirées par les charges négatives et inversement.
  • Le potentiel de repos du neurone et ses bases ioniques
    • Au repos, il existe une différence de potentiel de 70 mV entre l'intérieur et l'extérieur du neurone.
    • Le milieu intracellulaire est plus chargé négativement que le milieu extracellulaire.

Les signaux nerveux - Potentiels électriques transmembranaires des neurones

• Partie A
  • Notions de base
    • Potentiel, courant et résistance
      • Les ions ont des concentrations différentes à l'intérieur et à l'extérieur de la cellule, créant une différence de potentiel (tension).
      • La perméabilité de la membrane aux différents ions détermine la résistance au flux d'ions et l'intensité du courant.
    • Gradient de concentration chimique et gradient électrique
      • Les ions se déplacent en fonction de leur gradient de concentration (d'un endroit à forte concentration vers un endroit à faible concentration).
      • Les ions se déplacent également en fonction de leur gradient électrique (charges opposées s'attirent).
  • Le potentiel de repos du neurone et ses bases ioniques
    • La membrane plasmique est sélectivement perméable aux ions, permettant à certains ions de traverser plus facilement qu'aux autres. Cela crée un potentiel de membrane au repos (pour les neurones, c'est approximativement -70mV).

Les signaux électriques des cellules nerveuses - Variations des potentiels membranaires

• Partie A
  • Potentiels gradués
    • Modifications du potentiel de membrane (hyperpolarisation ou dépolarisation) qui ne sont pas suffisantes pour déclencher un potentiel d'action mais créent un courant électrique local diminuant avec la distance.
  • Potentiel seuil
    • Potentiel de membrane auquel un potentiel d'action est généré (environ -50 mV).
  • Potentiels d'action
    • Modification brève du potentiel de membrane qui devient positif, puis repolarise et hyperpolarise avant de revenir à son état de repos.
    • La fréquence de potentiel d'action code le message nerveux.

Potentiels d’Action

• Partie B
  • Phases du Potentiel d'Action
    • Phase de dépolarisation (Ascendante) : Le potentiel de membrane passe rapidement de -70 mV à +30 mV en raison de l’ouverture de canaux Na+ voltage-dépendants et de l’afflux massif de sodium dans la cellule.
    • Phase de repolarisation (Descendante): Suite à la dépolarisation, les canaux Na+ se ferment et s'inactivent. Les canaux K+ voltage-dépendants s'ouvrent. L'efflux massif de potassium hors de la cellule ramène le potentiel de membrane vers la valeur de repos.
    • Phase d'hyperpolarisation tardive: Après la repolarisation, le potentiel de membrane descend en dessous du niveau de repos car le flux sortant de K+ est encore plus important que nécessaire. Puis, lentement, les canaux K+ se ferment et les concentrations ioniques sont rétablies à leur niveau de repos, grâce à la pompe Na+/K+.
  • Propagation du Potentiel d’Action
    • De proche en proche en ouvrant les canaux Na+ voltage-dépendants.
    • La myélinisation permet une conduction saltatoire, plus rapide.
  • Conduction saltatoire et axones myélinisés : La propagation "saute" d'un nœud de Ranvier à l'autre au lieu de se propager lentement le long de l'axone entier, augmentant la vitesse de la conduction.
  • Diamètre de l’axone : Un diamètre plus grand réduit la résistance à la propagation de l’influx nerveux.

La transmission synaptique

• Partie II
  • Les synapses
    • Jonction fonctionnelle entre les neurones, les cellules musculaires ou les glandes (pré et post-synaptique).
    • Synapses électriques
      • Transmission directe du courant d'un neurone à l'autre à travers des jonctions communicantes.
    • Synapses chimiques
      • Transmission du signal par des neurotransmetteurs (via des vésicules synaptiques) qui traversent la fente synaptique et se fixent à des récepteurs postsynaptiques.

Différents types de synapses chimiques

• Partie A, 2
  • Neuro-neuronales ou interneuronales (neurone à neurone)
  • Neuro-musculaires (neurone à fibre musculaire)
  • Neuro-glandulaires (neurone à glande)

Caractéristiques des synapses

• Parties A et B
  • Discontinuité
    • Un espace (fente synaptique) sépare les neurones.
  • Nécessité d'un messager chimique
    • Les neurotransmetteurs sont libérés dans la fente par exocytose.
  • Délai de transmission
    • La transmission prend du temps (1 à 2 ms).
  • Communication unidirectionnelle
    • Du neurone pré-synaptique vers le neurone post-synaptique.

Fonctionnement d'une synapse

• Partie B

  • Libération du neurotransmetteur
    • Potentiel d'action cause l'ouverture des canaux Ca²⁺ voltage-dépendants.
    • L'entrée de Ca²⁺ déclenche l'exocytose des vésicules synaptiques, libérant le neurotransmetteur dans la fente synaptique.
  • Action du neurotransmetteur sur le neurone post-synaptique
    • Le neurotransmetteur se fixe aux récepteurs postsynaptiques, modifiant leur perméabilité et entrainant l'ouverture de canaux ioniques.

• Différents types de récepteurs - Ionotropes - Fixation du neurotransmetteur ouvre directement un canal ionique. - Effet rapide (ms). - Métabotropes - Fixation du neurotransmetteur active une protéine G et la production d'un second messager. - Effet plus lent et durable (quelques centièmes à plusieurs minutes).

• Différents NT pour des effets postsynaptiques spécifiques

  • NT inhibiteurs
    • Provoquent une hyperpolarisation de la membrane postsynaptique en augmentant la perméabilité aux ions négatifs (ex. GABA, glycine).
  • NT excitateurs
    • Provoquent une dépolarisation de la membrane postsynaptique en augmentant la perméabilité aux ions positifs (ex. Glutamate, ACh).

L’intégration synaptique

• Partie C
  • Potentiels post-synaptiques
    • Réponses électriques d'un neurone en réponse à un signal chimique (ex. de neurotransmetteurs).
  • Sommation temporelle
    • La fréquence des PPS est importante. Si les PPS surviennent dans un laps de temps très court, ils peuvent se sommer pour générer une réponse plus forte.
  • Sommation spatiale
    • L'addition des PPS de sources variées. Si plusieurs PPS surviennent de différentes sources en même temps, ils s'additionnent pour influencer le potentiel global de la cellule.
  • Le rôle du cône axonique
    • Le cône axonique est la zone déclenchant l’action potentiel. Le somme des PPS détermine si un potentiel d’action est généré ou non. Un codage complexe de l'information nerveuse est basé ce qui implique le codage en fréquence, en quantité de neurotransmetteurs et en amplitude.