Illustration d`un neurone biologique
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Le traitement de l’information par les cellules nerveuses - Le neurone est l’unité de traitement de base du cerveau. - Le cerveau contient plus de 100 milliards de neurones (1011). - Chaque neurone peut se connecter jusqu’à 10 000 autres (150 000 pour les cellules de Purkinje situées dans le cervelet). Ce qui donne environ 1015 connexions possibles ! Illustration d’un neurone biologique Apical dendrites et basal dendrites : Les dendrites sont une arborescence qui permet à plusieurs neurones de pouvoir se connecter au neurone hôte. Cell body : Le corps cellulaire est l’endroit où toutes les informations reçues par les dendrites se rejoignent pour être ensuite sommées. Axon hillock : C’est dans le cône d’implantation de l’axone que le potentiel d’action est émit. Node of Ranvier : Les nœuds de Ranvier servent à régénérer les potentiels d’action tout au long de l’axone. Myelin Sheath : La gaine de myéline sert « d’isolant électrique » pour d’empêcher que le potentiel d’action ne s’estompe en parcourant l’axone. Synapses : Les synapses servent de jonction entre deux cellules. Elles contiennent trois parties, les boutons terminaux, la fente synaptique et les dendrites postsynaptiques. Les boutons terminaux sont l’endroit où le potentiel d’action entraîne une relâche des neurotransmetteurs dans la fente synaptique. Ces neurotransmetteurs vont se fixer aux champs récepteurs des dendrites post-synaptiques qui vont entraîner un potentiel gradé dans la cellule réceptrice. L’information (sensorielle, motrice, inter-neuronal) est véhiculée par les potentiels d’actions. Potentiels d’action La cellule nerveuse possède un potentiel au repos plus négatif que le milieu extracellulaire. En fait, la différence de voltage entre le milieu extracellulaire et le milieu intracellulaire donne un potentiel de repos d’environ –65mV (5 mV) chez l’humain. L’intérieur de la cellule contient des ions de potassium (K+) et des anions organiques (A-) alors que le milieu extracellulaire contient des ions de chlore (Cl-) et de sodium (Na+). Cet état de « négativité » cellulaire est obtenu grâce à l’action des pompes à ions qui poussent le sodium hors de la cellule. Toutefois, lorsque le potentiel membranaire augmente d’environ 10mV (passant de -65mv à -55mV), les canaux à ions s’ouvrent et laissent passer le chlore à l’intérieur et le potassium à l’extérieur. Ce transfert d’ions dépolarise la membrane cellulaire créant ainsi un potentiel d’action dans la région du cône d’implantation de l’axone. Le potentiel d’action se propage le long de l’axone jusqu’aux boutons terminaux des synapses. Arrivé aux boutons terminaux, le potentiel déclenche une série de réactions chimiques qui se terminent par le déversement d’un neurotransmetteur (molécule chimique) dans la fente synaptique. Il est à noter que le potentiel d’action survient uniquement si le potentiel membranaire franchit un certain seuil (ex. –55mV). Si ce n’est pas le cas, il n’y aura pas de génération d’un potentiel d’action. Les neurones transmettent donc l’information par la propriété du tout ou rien. En résumé, les neurones communiquent entre eux par une série de décharges électriques et de déversements chimiques. C’est pourquoi on qualifie le neurone d’unité électrochimique. Un potentiel d’action prend naissance dans le cône d’implantation de l’axone, se propage le long de l’axone et se termine aux boutons terminaux. Il n’y a donc pas de potentiels d’action dans la membrane cellulaire, ni dans les dendrites. À l’intérieur de ces derniers l’information voyage de façon gradée. C’est-à-dire, que contrairement aux potentiels d’action où l’information est noire ou blanche (présente ou absente), les récepteurs synaptiques transmettent l’information selon des teintes de gris. En fonction de cette information gradée, la fréquence de décharge des neurones va varier. Or, dans le neurone, l’information n’est pas codée dans la présence ou non d’un potentiel d’action, mais plutôt dans la fréquence de décharge de celui-ci. Neurone excitateur, neurone inhibiteur. Tous les neurones génèrent des potentiels d’actions, toutefois ceux-ci n’ont pas le même effet. Les cellules communiquent entrent-elles via les neurotransmetteurs. Il existe plusieurs types de neurotransmetteurs et à chaque type de neurotransmetteur est associé soit une action dépolarisante (excitation) ou soit une action hyper-polarisante (inhibition) sur la membrane cellulaire. Étant donné qu’un neurone particulier ne déverse qu’un type de neurotransmetteur, il peut être soit excitateur ou inhibiteur. a) position des électrodes pour la stimulation et l’enregistrement du courant électrique de l’axone. b) on voit que les stimuli hyper-polarisants (inhibiteurs) font diminuer le potentiel membranaire (ex. de –65 à –75mV). c) Les stimuli dépolarisants (excitateurs) font augmenter le potentiel membranaire (ex. de –65 à –58mV). Toutefois, lorsque le potentiel membranaire dépasse un certain seuil on voit un potentiel d’action émerger. a) quand on présente des stimuli dépolarisants d’intensités différentes, b) l’amplitude des influx nerveux reste fixe (propriété du tout ou rien). Ex. Action d’un neurone excitateur ou d’un neurone inhibiteur sur le potentiel membranaire de la cellule hôte. Sommation dendritique Comme on la déjà spécifié, un neurone reçoit de l’information de plusieurs autres neurones en même temps. Toutes ces informations sont alors sommées dans le corps cellulaire. Comme il existe des informations qui vont hyper-polariser ou dépolariser la membrane cellulaire, ces deux types d’action antagonistes mobilisent de façon pondérée la réaction de la cellule. Ex. a) le neurone 7 est actif et envoie une décharge positive. Cette décharge entraîne donc une dépolarisation. (Si cette dernière est assez forte, elle déclenche alors un potentiel d’action.) b) le neurone 3 est actif et envoie une décharge négative. Cette décharge entraîne une hyper polarisation. a)+b) les neurones 7 et 3 sont actifs en même temps. Par conséquent, le résultat final au cône d’implantation consiste en un effet modéré. Ainsi, même si le neurone hôte a reçu une activation dépolarisante, à cause de l’action de l’inhibition, celle-ci ne générera pas un potentiel d’action Synapses Un petit mot sur les synapses. On a vu que les neurones déversent des neurotransmetteurs dans la fente synaptique. Puis, ces neurotransmetteurs vont se fixer sur les récepteurs post-synaptiques qui vont déclencher soit une action hyperpolarisante, ou, soit une action dépolarisante sur la membrane. Toutefois, l’influence d’une synapse à l’autre n’est pas équivalente. En effet, l’importance de l’influence d’une synapse dépend en autre de son emplacement sur l’arbre dendritique et de son efficacité à déclencher un potentiel gradé. En effet, plus une synapse est loin dans l’arbre dendritique par rapport au corps de la cellule plus son influence sera faible. Vice versa, plus une synapse est proche du corps cellulaire plus sont influence sera importante (il existe même des synapses qui se connectent directement sur le corps de la cellule). De plus, l’importance d’une synapse dépend de son efficacité. En effet, une synapse agit un peu comme un modulateur d’intensité qui laisse plus ou moins passer le courant. Par conséquent, ces deux facteurs sont importants dans la compréhension du fonctionnement cellulaire et l’apprentissage est le résultat d’une modification de l’efficacité des synapses ; nous verrons le rôle des synapses plus en détail lorsque l’on va parler d’apprentissage.
