Cours de Neurophysiologie - FSA

SV5
LICENCE FONDAMENTALE : BIOLOGIE
CELLULAIRE ET MOLECULAIRE
Module
Endocrinologie/Neurobiologie
Cours de Neurophysiologie
Pr. Ez-Zaher Latifa
1
Composantes cellulaires du tissu nerveux
Structure du neurone
2
Le potentiel de repos est le résultat d’une différence de concentration en ions de part et d’autre de
la membrane et de la perméabilité sélective de la membrane cellulaire certains ions.
Concentration en millimoles / litre
Ions
Na+
K+
ClGros anions (A-)
Milieu intracellulaire
15
150
45
400
Milieu extracellulaire
15
150
45
400
3
Pendant la période réfractaire
absolue l’inactivation est
maximale et la probabilité pour que
les canaux K+ soient ouverts est
grande. Un second potentiel
d'action ne peut être émis.
Pendant la période réfractaire
relative, l'inactivation des canaux
Na+ et la probabilité pour que les
canaux K+ soient ouverts
diminuent progressivement : un
second potentiel d'action peut être
émis mais la valeur du potentiel
seuil est moins négative.
Periode réfractaire
4
Fibre non myélinisée : Propagation continue
Fibre myélinisée
conduction saltatoire
5
Les neurones peuvent communiquer notamment entre eux (1), avec des fibres
musculaires (2) et avec des glandes (3).
Synapse
axoaxonique
Synapse
axosomatique
Synapse
axodendritique
6
Synapse électrique
Les membranes pré et postsynaptiques sont accolées
On note la présence de s ccanaux en vis à vis
Passage direct des ions par leanaux
modification
de la polarité de la membrane post-synaptique
Synapse chimique
7
Comparaison des neurotransmissions excitatrice et inhibitrice
Lorsque le neuromédiateur excitateur se lie aux eécepyeurs postsynaptiques ilse produit une
dépolarisationlocalisée de la membrane postsynaptiquepar augmentation de la perméabilitéaux
ions positifs, surtout Na+. En revanche, le neuromédiateur inhibiteur est à l’origine d’une
hyperpolarisation locale par augmentation du passage d’ions comme le K+ et Cl-
8
sommation spatiale de PPSE et de PPSI
9
Réseaux divergents : réseaux amplificateurs
Un stimulus déclenche des réponses dans un nombre croissant de neurones,
dans une ou plusieurs voies.
Réseaux convergents
Le message entrant franchit une chaîne de neurones qui
Diverses informations (de sources différentes ou d’une
même source) qui convergent sur un neurone peuvent
engendrer une même réponse
10
Récepteur metabotropique
Schéma représentant la « triade » GPCR-/Protéine G-/Effecteur.
La liaison du ligand au GPCR entraîne le passage de l’état inactif (état GDP-lié) à l’état
actif (état GTP-lié, α et βγ dissociées) des protéines G associées, qui module en retour
un effecteur (enzyme, canal) pour aboutir à une réponse cellulaire.
11
Récepteur ionotropique
Structure générale des récepteurs ionotropiques
12
Tableau des Neurotransmetteurs
Classe I Acétylcholine
Classe II : Les Amines.
Noradrénaline
Adrénaline
Dopamine
Sérotonine
Histamine
Classe III : Les Acides Aminés
Acide Gamma-Aminobutyrique (GABA)
Glycine
Glutamate
Aspartate et NMDA
Classe IV : Peptides (actuellement plus de 100 peptides sont considérés comme
neurotransmetteurs)
A. Facteurs hypothalamiques de libération hormonale
Stimuline de l'hormone thyréotrope
Stimuline de l'hormone lutéinisante
Somatostatine (facteur inhibiteur de l'hormone de croissance)
B. Peptides hypophysaires.
ACTH (hormone corticotrope)
b-Endorphine
Stimuline des µ-mélanocytes
Vasopressine
Ocytocine
C. Peptides agissant sur le système digestif et le cerveau
Leucine enképhaline
Méthionine enképhaline
Substance-P
Cholécystokinine
Polypeptide intestinal vasoactif (VIP)
Neurotensine
Insuline
Glucagon
D. D'autres tissus
Angiotensine II
Bradykinine
Carnosine
Bombésine
13
14
Organisation du système nerveux
Organisation comparée des systèmes moteurs somatique et autonome.
15
Organisation comparée des systèmes sympathique et parasympathique
Rôle de l'acétylcholine dans le système nerveux périphérique.
Au niveau de chaque synapse sont indiqués le neurotransmetteur et le récepteur impliqués.
Ach : Acétylcholine, G : Ganglions, Nad : Noradrénaline, SNC : Système nerveux central.
16
17
Schéma illustrant la structure du polygone de Willis
18
Le cerveau est composé
de deux hémisphères
droits et gauches qui
sont réunis par le corps
calleux.
Substance grise :
formée surtout de corps
cellulaires et de
prolongements courts
Substance blanche :
•
formée surtout d’axones
myélinisés
•
permet la liaison nerveuse
entre les zones éloignées
19
L’ENCEPHALE
ENCEPHALE
Cerveau / cervelet /
tronc cérébral
Entouré de méninges
–la plus externe : la duremère
–L’arachnoïde :
membrane située sous la
dure-mère et qui est
constituée de 2
membranes ou circule le
Le cerveau et le tronc cérébral possèdent un système de cavité qui contient du liquide
cérébrospinal.
20
Les différents lobes du cerveau
On distingue chez l'homme 3 sillons principaux sur la face latérale de chaque hémisphère.
* le sillon central, ou scissure de Rolando
* le sillon latéral ou scissure de Sylvius
* le sillon occipital (ou
scissure pariéto-occipitale) qui est plus rudimentaire sur la face externe
21
Les aires corticales
Organisation somatotopique de la représentation de la surface du corps au niveau du cortex
La quantité de tissu cortical réservée à la motricité ou à la sensibilité de chaque partie du corps correspond
à la surface du gyrus occupée par le schéma de cette partie du corps. L'aire motrice primaire, dans le gyrus
précentral, est représentée à gauche, tandis que l'aire somesthésique primaire, dans le gyrus post central
est représentée à droite.
22
Le trlonc cérébral
Formé de
Mésencephale
Pont de Varole (protubérance)
Bulbe rachidien
23
La ME, centre nerveux, entourée par trois membranes, les méninges, est constituée de deux
substances. La substance grise , au centre, est en forme de papillon ou de H. Les cornes
antérieures ou ventrales sont larges. Les cornes postérieures sont étroites.
La substance blanche entoure la substance grise. Au centre, une petite zone claire, le canal de
l'épendyme permet la circulation du liquide céphalo-rachidien.
24
Représentation des 3 régions
fonctionnelles du cervelet.
L'archéocervelet est à la base du
cervelet,
le néocervelet est au centre et
le paléocervelet est entre les deux.
Histologie du cortex cérébelleux
Le cortex cérébelleux est
constitué de trois couches
cellulaires, de l'extérieur
vers l'intérieur :
· La couche moléculaire
· La couche des cellules de
Purkinje
· La couche des grains et
des cellules de Golgi
25
Organisation segmentaire de la moelle épinière
Les voies nerveuses descendantes
26
Les récepteurs sensoriels
Modalité
Stimulus
Type de
é
Vision
Lumière
Photorécepteur
Audition
(équilibration)
Ondes de
pression
Mécanorécepteur
Gustation et
Olfaction
Chimique
Chémorécepteur
Mécanique
Mécanorécepteur
Somesthésie
Thermique
Les types de sensibilités
et classificationThermorécepteur
des récepteurs sensoriels
Chémorécepteur
Chimique
MECANORECEPTEURS
EXTEROCEPTEURS
PROPRIOCEPTEURS
ouïe,vision,odorat, goût,
toucher,pression,douleu
vibration, température,
Position et mouvements
-corpuscule
tactiles
-organe de corti
-fuseaux
CHIMIORECEPTEURS
OU
CHEMORECEPTEURS
-cellules
olfactives
-bourgeons du
goût
PHOTORECEPTEURS
-cônes et
bâtonnets
de la rétine
THERMORECEPTEURS
-terminaisons
nerveuses libres
du corps
neuromusculaires
-organe neurotendineux
-corpuscules
articulaires
INTEROCEPTEURS
Gaz, pression, chimie..
-barorécepteurs
(crosse aortique et
glomus carotidien)
-tensio-récepteurs
pulmonaires
-chémorécepteurs
(glomus carotidien)
-gluco-récepteurs
hypothalamiques
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-thermorécepteurs
hypothalamiques
La stimulation est codée en fonction de son intensité, de sa durée et de sa localisation.
Codage de l’intensité
Effet de la variation d’intensité d’une stimulation sur l’amplitude des potentiels
récepteurs.
La première étape du codage de l’intensité d’un stimulus s’effectue par l’analyse de l’amplitude du
potentiel générateur qui augmente en fonction de l’intensité du stimulus. Une fois le seuil atteint, celui ci va
déclencher des PA, le codage va alors s’effectuer en fréquence des PA.
L’enregistrement de l’activité électrique d’une fibre nerveuse montre qu’’il existe une
relation entre l’intensité du stimulus et la fréquence des PA. La réponse du récepteur va
dépendre de l’intensité du stimulus. Le point d’origine de la courbe est un caractère
important puisqu’il correspond à la plus petite intensité du stimulus capable de produire
une réponse, c’est le stimulus seuil qui va déclencher au niveau du récepteur une
décharge de PA.
Codage de la durée
28
Stimulus lumineux
Aspects temporels
de la sensation
Le seuil de perception d’un stimulus est d’autant plus bas que la durée de la stimulation est longue.
En fonction du type de récepteur on observe deux types de réponses à la fin de la
stimulation.
Les récepteurs phasiques répondent par une bouffée de PA au début et à la fin de la
stimulation (réponse « onoff») (a).
Les récepteurs de type tonique, l’arrêt de la stimulation est marqué par une inhibition du
récepteur (b).
29
Inhibition latérale
U
Les voies sensorielles provenant de territoires voisins sont réciproquement inhibitrices l’une
sur l’autre: IINHIBITION LATERALE
L’information provenant des récepteurs à la périphérie d’un site de stimulation est inhibée,
alors que l’information provenant du centre de la stimulation est accentuée
Champ récepteur
Champ récepteur
30
La peau comporte des Mécanorécepteurs morphologiquement distincts
31
Les voies de la douleur
32
LES DIFFERENTS TYPES DE DOULEURS
Sur un plan neurophysiologique
Douleur aiguë
Symptôme d’un traumatisme ou d’une
pathologie
Joue un rôle de signal d’alarme ou de
protection
Douleur chronique
Dure au delà de 6mois
Altère la personnalité
N’a pas de fonction biologique
Est en elle même une maladie
Sur un plan clinique
Douleur nociceptive
Origines traumatique ou pathologique
Douleur neurogène
Origine : dysfonctionnement du SNP ou du
SNC
Douleurs apparaissant en l’absence de
stimulus
Douleur psychogène
Origine inconnue
Pas de cause organique apparente
Contrôle de la douleur
- Contrôle périphérique : Théorie du portillon (gate-control)
Hypoalgésie : Correspond à une diminution de la perception douloureuse due à une interaction sensorielle
au niveau des neurones périphériques.
Phénomène d’interaction sensorielle :
Les signaux tactiles (fibre A) active un interneurone
inhibiteur qui libère un neurotransmetteur opioïde
au niveau de la voie douloureuse (fibre C) et
ferment ainsi la porte aux influx nociceptifs..
SENT (stimulation électrique nerveuse transcutanée) : Technique de stimulation électrique au
niveau de la peau, qui permet de soulager la douleur.
33
Systèmes descendant(à gauche) modulant la
transmission des messages nociceptifs ascendants.
Ces systèmes modulateurs ont leur origine dans le
cortex somesthésique, la substance grise
périaqueducale (SGPA) du mésencéphale.
Les projections descendantes venant de
la SGPA activent les neurones sérotoninergiques du
noyau du raphé, puis les neurones enképhalinergiques
dela corne postérieure de lamoelle épinière.
La SGPA contient une forte concentration
de neuropeptides opioïdes et des neurones
se projetant sur des régions qui contrôlent
la transmission de la douleur.
Contrôle central de la douleur
34
Organisation générale du système vestibulaire
Représentation schématique des épithéliums sensoriels du vestibule
35
Les cellules des épithéliums sensoriels
ampullaires et maculaires sont
de deux types :
les cellules de type I dont le cc est
piriforme,et les cellules de type II,
dont le cc est cylindrique.
Chaque cellule présente à sa surface
plusieurs stéréocils rangés en ordre de
taille croissante vers un cil particulier,
plus grand, kinocil
La localisation de ces 2 types
cellulaires
diffère au niveau des crêtes ampullaires
et des macules.
Les cellules de types I réparties au
sommet des crêtes et au centre des
macules.
Elles sont soumises à un contrôle
efférent post-synaptique
Les cellules de type II sont
majoritairement situées à la base
des crêtes et à la périphérie des
macules.
Elles reçoivent un contrôle
efférent pré synaptique.
Représentations schématiques de l'orientation des touffes ciliaires
dans l’ épithéliums
Visualisation du principe de fonctionnement modélisé comme un tore
36
Connexions vestibulaires centrales
Relations vestibulo
oculomotrices
37
relations vestibulo
cérébelleuses.
Les neurones inhibiteurs sont
représentés en noir.
Les neurones excitateurs sont
représentés en blanc
Connections vestibulo-spinales
Influences s’exerçant aux différents étages
médullaires par des faisceaux vestibulospinaux latéral (fvsl) et médian (fvsm) sur les
motoneurones
des muscles extenseurs et fléchisseurs.
Les interneurones inhibiteurs sont figurés en
noir.S,L, M, et D: noyau vestibulaire
supérieur, latéral, médian et descendant.
(D’après lacour M., 1981)
38
l’oeil
L’oeil possède plusieurs parties
distinctes d’un point de vue fonctionnel.
Parmi celles ci on trouve
la sclérotique (la partie blanche qui
forme le globe oculaire),
la cornée (couche translucide qui
recouvre la partie externe du globe
oculaire), l
l’iris (qui s’ouvre ou qui se ferme pour
moduler la quantité de lumière entrant
dans l’oeil),
le cristallin qui focalise la lumière)
et la rétine (ou l’énergie lumineuse est
transformée en activité nerveuse).
Bâtonnet : photorécepteur spécialisé qui
fonctionne à des intensités lumineuses faibles.
Cône : photorécepteur spécialisé impliqué
dans la perception des couleurs et assurant
une forte acuité visuelle.
Les photorécepteurs
39
Les neurones de la rétine
L’agrandissement de la rétine présenté
à gauche montre l’emplacement des trois
couches de la rétine. Il y a quatre types de
neurones dans la rétine : les cellules
horizontales, bipolaires, amacrines et
ganglionnaires. Notez que la lumière doit
traverser toutes ces couches de neurones pour
atteindre les récepteurs
Cellule ganglionnaire : Type de cellules de la
rétine qui donnent naissance au nerf optique. Il
en existe deux types : les cellules
magnocellulaires (type M) et les cellules
parvocellulaires (type P).
Cellule horizontale : Neurone de la rétine
assurant des interactions latérales entre les
photorécepteurs et les cellules bipolaires.
40
Distribution des cônes et des bâtonnets dans la rétine.
Le graphique montre que les cônes sont présents dans toute la rétine avec une densité
faible qui augmente brusquement au niveau de la fovéa
A l’inverse, les bâtonnets sont présents dans toute la rétine avec une densité élevée qui
diminue fortement au niveau de la fovéa.
Rétine centrale
Rétine périphérique
Distribution des récepteurs et relations inter neuronales
41
42
Chaque champ visuel est subdivisé en deux
hémi champs droit et gauche.
Le champ visuel gauche se projette sur la
rétine temporale de l’oeil droit et sur la
rétine nasale de l’oeil gauche
alors que le champ visuel droit se projette
sur la rétine temporale de l’œil gauche et
sur la rétine nasale de l’oeil droit.
Le croisement partiel au niveau du chiasma
optique permet aux informations venant de
chaque coté du champ visuel d’être envoyé
seulement à l’hémisphère controlatéral.
Champ visuel
Points correspondants.
Chaque point du
champ binoculaire se projette
sur un point des rétines
temporale d’un oeil et nasale
de l’autre oeil que l’on
appelle points
correspondants. Les couples
de points
aa’ et bb’ sont des points
Points rétiniens correspondants
43
Les voies visuelles
Le nerf optique est constitué
de fibres temporales homolatérales
etde fibres nasales controlatérales.
Il comporte deux branches principales,
une première qui rejoint le corps
genouillé latéral du thalamus, une
seconde qui rejoint le colliculus
supérieur (ou tectum). Du corps
genouillé latéral partent des fibres
qui se projettent sur le cortex
occipital. La voie allant du corps
genouillé latéral au cortex est
appelée système géniculostriée.
Cellequi va de la rétine au colliculus
supérieur est appelée voie rétinotectale
Les deux voies visuelles jouent des rôles complémentaires.
La voie rétinotectale, à partir de la rétine périphérique provoque un réflexe de fixation
lors de l’apparition d’un stimulus dans le champ visuel.
La voie géniculostrié, par l’intermédiaire de la fovéa permet l’analyse du stimulus qui
aboutira à la reconnaissance de l’information
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La figure illustre le champ récepteur d’une cellule ganglionnaire.
La cellule du type centre « OFF » répond de façon intense lorsque le centre de son champ
récepteur est placé à l’obscurité
Pour un centre ON, quand le
spot est en région centrale, il va
déclencher l’accroissement de la
fréquence des potentiels
d'action.
Lorsque ce spot est en région
périphérique, il va y avoir
inhibition de la réponse
(disparition totale ou partielle
des potentiels d'action).
Lors d’une illumination diffuse, il
n’y a pas d’effet notable.
Pour les centres OFF, c’est la
même chose que pour le centre
ON mais inversée. Lorsque tout
le champ est recouvert par la
Modalités de réponses à un stimulus lumineux des cellules ganglionnaires à centre «
ON » (à gauche) et à centre « OFF » (à droite). La partie jaune représente la zone du
champ récepteur éclairée.
45