Eléments de base du traitement de l'information par le neurone

Eléments de base du traitement de l'information par le neurone

Définition 

La capacité que possède un neurone de recevoir des informations et de les transmettre s'effectue sous la forme de signaux électriques : le mécanisme de traitement et de transmission de l'information par le neurone repose sur le transfert de charges électriques et biochimiques.

 

 

Généralités 

Pour comprendre, il est nécessaire de différencier sur chaque neurone :

  • un segment qui reçoit les signaux : les dendrites du côté "entrée" du neurone
     
  • un segment qui transmet des signaux (vers d'autres cellules nerveuses entre autres) : les axones avec les boutons présynaptiques du côté "sortie" du neurone

 

 

 

Les signaux électriques du côté de l'entrée du neurone vont se modifier lentement (relativement). Ces signaux vont dépendre du nombre de synapses qui doivent être activées.

 

Le potentiel électrique (en quelque sorte la tension électrique) par rapport à un point quelconque à l'extérieur de la membrane de la cellule est appelé également potentiel de membrane. Ce potentiel de membrane prend différentes valeurs.

Lorsque le potentiel au niveau du corps de la cellule dépasse un certain seuil, on parle de potentiel d'action. Celui-ci sera libéré brutalement au niveau de l'axone et précisément au niveau de la zone de sortie du neurone.
Le potentiel d'action fonctionne selon le principe de la loi du tout ou rien, comparable à des impulsion électriques brutales. Quand le potentiel d'action est établi au niveau des boutons de l'extrémité de la synapse, celle-ci s'active vers la zone d'entrée du neurone suivant.

Le potentiel de repos se définit de la manière suivante : le neurone  possède la capacité de traduire des informations en influx électrique. Pour cela, il est nécessaire que 2 conditions différentes soient respectées : un état de repos correspondant au neurone quand il est "éteint" et  un état actif correspondant au neurone quand il est "allumé".

Quand un neurone est au repos, on constate au niveau de sa membrane (plasmique) une tension de -70 mV (sachant en comparaison qu'une pile du commerce présente une tension de 1500 mV.)
Cette tension provient du fait que le milieu de l'intérieur de la cellule est chargé négativement par rapport au milieu de l'extérieur de la cellule, expliquant ainsi la différence de -70 mV. Les concentrations en particules, précisément en ions, sont différentes à l'intérieur et à l'extérieur du neurone.

À cause des différences de concentration, des forces de diffusion attirent par exemple les ions potassium à travers la membrane cellulaire vers l'extérieur et à l'inverse les ions sodium sont attirés de l'extérieur vers l'intérieur de la cellule.

La membrane cellulaire des neurones est peu perméable aux ions. Au moment du repos, les neurones sont perméables pour les ions potassium que pour les ions sodium.

La membrane du neurone n'est pas perméable pour les ions phosphates et les protéines du milieu intracellulaire (intérieur de la cellule), qui elles sont chargés négativement.

En comparaison, la grande perméabilité des ions potassium va permettre, grâce à la force de diffusion, le passage à travers la membrane de la cellule des ions potassium qui sont chargés positivement : de ce fait, les charges positives vont s'accumuler à l'extérieur.

À l'opposé, en ce qui concerne l'intérieur de la cellule, on constate un déficit en particules positives si bien que ce milieu va essentiellement se charger négativement. Ainsi, il se crée une différence de charge électrique entre l'extérieur et l'intérieur que l'on appelle potentiel de repos. Son niveau est de -70 mV ainsi que nous l'avons dit précédemment.

Le flux d'ions potassium qui sort pendant la phase de repos va se limiter de lui-même. En effet, les effets grandissants de charge négative de l'intérieur de la membrane de la cellule vont finir par agir contre la poursuite de la sortie des ions potassium, ce qui aboutit à un flux de retour des ions potassium du fait du différentiel électrique qui grandit. Au final s'installe un équilibre où le flux de potassium qui rentre est équivalent au flux sortant.

Le potentiel de génération apparaît dès que les synapses qui se trouvent au niveau des dendrites du corps de la cellule vont être activées. Il se produit alors une modification du potentiel de membrane au niveau de la cellule réceptrice. La dépolarisation est l'atténuation du potentiel de repos alors que l'hyperpolarisation est l'accentuation de ce potentiel de repos en abaissant la tension.

Le potentiel d'action représente l'état de charge du neurone que l'on peut considérer comme allumé alors que l'état de potentiel de repos de la membrane correspond au neurone "éteint".
Le potentiel d'action se déroule de la façon suivante : quand un certain niveau de charge est atteint au cours de la dépolarisation, la perméabilité de la membrane du neurone aux ions sodium, jusque-là très limitée, va exploser brutalement du fait des différents de concentration entre les ions potassium et les ions sodium. On va constater un flux entrant de sodium très important qui va s'installer rapidement. Il se produit alors une inversion de charge : on constate une charge positive qui prédomine du côté interne de la membrane et qui atteint 30 mV. De cette façon, un déclenchement de potentiel d'action se produit qui peut être transmis le long de l'axone à l'autre cellule.

La repolarisation peut apparaître dès cet instant. En effet, après l'envoi d'un tel signal, l'état de repos peut à nouveau s'installer rapidement. La perméabilité de la membrane de la cellule aux ions sodium va décroître brutalement dès que le maximum de la dépolarisation est atteint et la perméabilité pour les ions potassium va augmenter également brutalement durant une courte période. Dans ce cas, on constate un flux entrant de sodium interrompu et un flux sortant de potassium. De cette façon, en un temps très court, soit 1 ms, on constate la prédominance de nouvelles charges négatives au niveau de la face interne de la membrane cellulaire et pendant un court instant une hyperpolarisation. Ensuite se réinstalle un état base, c'est-à-dire le potentiel de repos : il s'agit donc de la repolarisation.

La période réfractaire apparaît pendant et immédiatement après le déroulement du potentiel d'action. Le neurone n'est pas de nouveau excitable à cet instant. En effet, durant cette période que l'on appelle période réfractaire, aucun potentiel d'action ne peut être déclenché directement ou par l'intermédiaire d'impulsions qui proviennent de neurones qui sont connectés. La phase réfractaire est en quelque sorte un filtre destiné à protéger le neurone d'une excitation ininterrompue.

 

Illustrations : Randspringer

 

 

 

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