Communication nerveuse, synapses

Synapse neuro-neuronique

Dans le cours précédent, nous avons décrit et expliqué le réflexe myotatique et en parlant du circuit monosynaptique nous avons abordé la notion de synapse. Ce cours ainsi que le schéma ci-dessous développe cette notion, et en particulier le cas de la synapse neuro-neuronique.

 

 

 

En bleu, on retrouve le neurone sensitif (neurone A) évoqué dans le cours sur le réflexe myotatique qui, au niveau de la moelle épinière, transmet le message issu du stimulus à un neurone moteur, en vert (neurone B). Ce schéma se focalise sur la synapse entre deux neurones, appelée neuro-neuronique. Il peut également exister des synapses neuro-musculaires, comme dans le cas de la synapse entre le motoneurone et le muscle à stimuler.

 

Ici, la synapse est le lieu de rencontre entre deux neurones. On parle de bouton présynaptique pour parler de l’extrémité du neurone A au niveau de la synapse, et de bouton postsynaptique pour parler de l’extrémité du neurone B au même niveau.

Le bouton présynaptique a pour particularité de contenir de nombreuses vésicules remplies de neurotransmetteurs (en forme de triangle sur le schéma), tandis que le bouton postsynaptique possède de nombreux récepteurs aux neurotransmetteurs (forme complémentaire à celle du neurotransmetteur).

Tout d’abord, il faut comprendre que le message nerveux est de nature électrique. Il se traduit en fait par une succession de potentiels d’actions.

Hors programme : Pour approfondir un peu sur le potentiel d’action, un petit schéma est proposé à gauche des neurones. Comme on peut le voir, un potentiel d’action est un phénomène périodique, débutant par une dépolarisation (on s’éloigne de la valeur consigne), continuant par une repolarisation (on se rapproche de la valeur consigne) et se terminant par une hyperpolarisation (on s’éloigne de nouveau de la valeur consigne, mais dans le sens opposé à la première fois). Ce phénomène est dû à des entrées et sorties d’ions (dépolarisation : entrée d’ions Na+, repolarisation : sortie d’ions K+, hyperpolarisation : sortie d’ions Ca2+).

Le potentiel d’action, en arrivant au niveau du bouton présynaptique, entraîne l’ouverture de canaux calciques (Ca2+). Le calcium entrant provoque une migration des vésicules contenant les neurotransmetteurs, qui sont alors libérés dans la fente synaptique. Puis, les neurotransmetteurs se fixent sur les récepteurs présents tout au long du bouton postsynaptique. Sur le schéma, on peut remarquer que ce bouton est particulièrement invaginé (il fait de nombreux replis). Cela permet tout simplement d’augmenter le nombre de récepteurs, et donc le nombre neurotransmetteurs pouvant se fixer.

La fixation des neurotransmetteurs permet leur internalisation au sein du bouton postsynaptique, au sein de vésicules. S’il y a suffisamment de vésicules, cela entraîne une dépolarisation de la membrane, et donc recrée le potentiel d’action. Le message nerveux est ainsi transmis à un nouveau neurone, de nouveau sous forme électrique 

 

Résumé

 

Il y a un message nerveux électrique sous forme de potentiels d’actions, circulant le long d’une fibre nerveuse, qui est transformé au niveau d’une synapse en message chimique, puis retransformé à la fin de cette synapse en message électrique, donc de nouveau sous forme de potentiels d’actions.

Attention, l’espace entre les deux boutons pré et postsynaptique est appelé fente synaptique et fait autour de 40 nm. La synapse, elle, est en fait l’ensemble formé des deux boutons et de la fente.

Les neurones et la communication nerveuse

Les neurones sont des cellules de notre système nerveux qui en compte environ 100 milliards, principalement dans notre cerveau, mais aussi dans la moelle épinière, les vertèbres, le dos et d’autres qui se prolongent en dehors de la moelle épinière. Les neurones sont des cellules très particulières, ils ont différentes formes et différentes tailles. En voici un exemple représenté sur le schéma suivant, dont on doit connaître la forme et l’organisation.

 

 

I. Organisation d’un neurone

 

Comme toutes cellules, les neurones possèdent une membrane plasmique ou cytoplasmique représentée en jaune avec un noyau. Le cytoplasme se trouve à l’intérieur de la membrane, est délimité par celle-ci, et contient de nombreux organites. La zone la plus à gauche est appelée corps cellulaire.

Ce neurone a une forme particulière en étoile et possède différents prolongements qui vont permettre de rentrer en contact avec d’autres cellules, comme par exemple d’autres neurones.  Les petits prolongements autour du corps cellulaire se nomment des dendrites et la zone du grand prolongement sur la droite s’appelle axone ou encore fibre nerveuse.

Au bout de cet axone se trouvent différents replis de la membrane, soit d’autres prolongements. Cette zone s’appelle la terminaison. C’est l’ensemble de ces trois zones qui forme un neurone, c’est-à-dire une cellule nerveuse.

 

II. Principes de fonctionnement

 

Un neurone est une cellule capable de communiquer avec d’autres cellules, par exemple des cellules musculaires. Des messages se propagent sous forme électrique à l’intérieur du neurone, en général du corps cellulaire vers la terminaison.

Ces message sont appelés des potentiels d’action et circulent au sein de l’axone jusqu’à atteindre la terminaison où ils seront transmis par l’intermédiaire d’un contact entre deux neurones. Ce point de communication est une synapse. C’est un petit espace de quelque dizaine de nanomètres qui permet de faire passer des messages, non plus électriques, mais via des molécules chimiques.

 

 

Elles sont libérées par le neurone en jaune pour faire passer un message au neurone en noir. Ces molécules libérées dans la synapse s’appellent des neuromédiateurs.

Ils permettent d’avertir le neurone noir d’un certain message transmis par le neurone jaune. Il y a donc une communication nerveuse de type électrique lorsque le message se propage dans le neurone, et de type chimique, grâce aux neuromédiateurs, lorsque le message passe par la synapse entre deux neurones.

Les potentiels d'action : des messages nerveux électriques

Les neurones sont des cellules particulières par leur nombre (il y en a 100 milliards dans notre organisme), particulières par leurs formes, particulières dans leur mode de fonctionnement.

Chez certaines espèces, il existe de très gros neurones qu’on peut prélever et manipuler. Nous sommes capables avec des appareils, notamment avec des micros électrodes (petites électrodes), d’enregistrer l’activité électrique (enregistrer une tension) avec un appareil appelé oscilloscope, qui permet de suivre l’activité électrique des cellules.

 

Graphiques et différence de potentiel électrique

 

Les deux graphiques suivants représentent cette activité. Dans ces graphiques, on suit la différence de potentiel électrique, il s’agit donc d’une tension (son unité sera le milli volt) en fonction du temps (le temps est donné ici en milliseconde). Si on enregistre avec ces microélectrodes ce qui se passe à l’intérieur du neurone, on se rend compte qu’il y a une tension qui varie au niveau de la membrane plasmique ou membrane cytoplasmique du neurone. Quand les neurones son actif, ils propagent le long de leur axone des potentiels d’action. Un potentiel d’action est schématiquement représenté sur le graphique.

 

Graphique 1

 

 

Lorsque le neurone est au repos, la tension enregistrée avec le microélectrode est d’environ -60 millivolt.

Si le neurone est actif, il transmet un certain nombre de messages qui se caractérisent par une variation de la différence de potentiel électrique. On décompose cette variation en deux phases. D’abord on observe une augmentation du potentiel de membranes qui s’appelle la dépolarisation puis on observe un retour vers la situation de repos qui s’appelle repolarisation.

Ce schéma représente donc un potentiel d’action qui correspond à une variation de la tension de la membrane du neurone au cours du temps. On observe sur le graphique qu’il dure environ 2 millisecondes. 

 

Graphique 2

 

 

Maintenant, si on suit l’activité d’un neurone, il est capable de générer et de propager beaucoup de potentiel d’action.

Lorsqu’on stimule un neurone, il répond par une activité électrique. Si la stimulation est faible, et si on suit toujours la différence de potentiel au cours du temps, on observe, par le neurone, quelques potentiels d’action relativement éloignés les uns des autres dans le temps.

Attention ! L’échelle utilisée dans les deux graphiques présentés n’est pas la même. Dans le deuxième, une graduation correspond à 10 milli secondes alors que dans le premier c’est 1 milli seconde.

Ainsi pour un neurone peu stimulé avec une activité faible, on a quelques potentiels d’action relativement écartés. On dit que leur fréquence est faible.

En revanche, si on stimule fortement un neurone, il répond en générant et en propageant le long de son axone beaucoup de potentiels d’action, qui seront donc plus rapprochés les uns des autres dans le temps. On observe dans cette configuration, quatre potentiels d’action successifs dans un temps relativement court.

Stimulation faible = quelques potentiels d’action éloignés les uns des autres dans le temps.

Stimulation forte = beaucoup de potentiels d’action rapprochés les uns des autres dans le temps.

Ces potentiels d’action, qu’ils soient de potentiel faible ou fort, ont toujours la même forme et la même taille. On dit qu’ils ont la même amplitude. Ce qui change, c’est qu’ils sont éloignés ou rapprochés dans le temps, selon que l’activité du neurone est faible ou forte.