Comment fonctionnent les neurones : d’une impulsion électrique à un message chimique
Un neurone est une cellule nerveuse qui transmet des messages sous forme de brèves impulsions électriques. Au repos, sa membrane maintient une tension d’environ −70 millivolts ; lorsqu’un stimulus la porte à un seuil proche de −55 millivolts, une impulsion en tout ou rien, le potentiel d’action, parcourt l’axone et dure une milliseconde ou deux. À l’extrémité de l’axone, le message franchit un minuscule espace, la synapse, sous forme d’une substance chimique, un neurotransmetteur, qui peut rendre la cellule suivante plus ou moins susceptible de s’activer.
Les neurones sont les cellules qui se cachent derrière chaque pensée, chaque mouvement et chaque sensation, et leur astuce est de combiner deux types de signal : l’électricité pour aller vite dans la cellule et la chimie pour sauter vers la suivante. Ce guide suit un message depuis les dendrites jusqu’à la synapse.
Idées essentielles
- Un neurone a des dendrites qui reçoivent les messages, un corps cellulaire qui les intègre, un axone qui envoie le signal et des terminaisons qui le transmettent.
- Au repos, l’intérieur de la cellule est environ 70 millivolts plus négatif que l’extérieur, ce qu’on note par un potentiel de repos d’environ −70 mV.
- Le potentiel d’action est en tout ou rien : il démarre à un seuil proche de −55 mV, culmine vers +30 mV, et un stimulus plus fort donne plus d’impulsions par seconde, pas une impulsion plus grande.
- La myéline permet à l’influx de sauter de nœud en nœud, si bien que les fibres les plus rapides conduisent à environ 100 à 120 mètres par seconde.
- Entre deux neurones, le message franchit un espace d’environ 20 à 40 nanomètres sous forme de neurotransmetteur ; le cerveau humain compte environ 86 milliards de neurones.
Les parties d’un neurone
Un neurone comporte quelques parties bien distinctes. Les ramifications appelées dendrites recueillent les messages des autres cellules. Elles les transmettent au corps cellulaire, ou soma, qui contient le noyau et combine tout ce qui arrive. Le signal part le long de l’axone, une fibre fine qui peut mesurer environ un mètre dans la jambe. À son extrémité, l’axone se divise en terminaisons qui transmettent le message.
Beaucoup d’axones sont enveloppés de myéline, une gaine grasse interrompue par de petits espaces appelés nœuds de Ranvier. Un neurone n’est jamais seul : un décompte de 2009 par Azevedo et ses collègues, résumé par Herculano-Houzel, a trouvé environ 86 milliards de neurones et presque autant de cellules non neuronales dans le cerveau d’un homme adulte.
Au repos : une batterie dans la membrane
Au repos, un neurone se comporte comme une batterie chargée. Sa membrane garde les ions sodium surtout à l’extérieur et les ions potassium surtout à l’intérieur, et une pompe moléculaire, la pompe sodium-potassium, travaille en permanence pour maintenir cet équilibre. Il en résulte une tension de part et d’autre de la membrane : l’intérieur est environ 70 millivolts plus négatif que l’extérieur. La valeur exacte varie d’une cellule à l’autre, et −70 mV est le chiffre le plus utilisé.
Un millivolt est un millième de volt : la cellule fonctionne donc avec une tension minuscule. Toute l’amplitude d’un potentiel d’action, de −70 mV à environ +30 mV, représente environ 0,1 volt, contre 1,5 volt pour une pile AA.
Le potentiel d’action : tout ou rien
Un stimulus faible fait seulement trembler la tension, qui s’éteint ensuite. Mais si le stimulus porte la tension de −70 mV au seuil d’environ −55 mV, les canaux sodiques dépendants du voltage s’ouvrent, les ions sodium s’engouffrent et la tension grimpe vers +30 mV. Puis les canaux potassiques s’ouvrent, le potassium sort et la tension redescend. L’impulsion entière dure environ 2 millisecondes.
Le potentiel d’action est en tout ou rien. Chaque impulsion atteint à peu près la même tension : un stimulus plus fort ne produit donc pas une impulsion plus grande, mais des impulsions plus rapprochées. Tant qu’une impulsion est en cours, une autre ne peut pas démarrer, un intervalle appelé période réfractaire.
L’impulsion n’est pas un courant qui circule dans un fil. C’est une onde qui se renouvelle le long de la membrane, chaque portion déclenchant la suivante.
Pourquoi la myéline accélère le signal
Les influx nerveux voyagent à des vitesses allant d’environ 0,5 mètre par seconde dans les fibres lentes sans myéline à plus de 100 mètres par seconde dans les fibres myélinisées les plus rapides. Sur un axone nu, l’impulsion se propage de façon continue, portion après portion, ce qui est lent.
La myéline isole l’axone, et l’impulsion saute d’un nœud de Ranvier au suivant. On parle de conduction saltatoire, du latin saltare, sauter. Dans les fibres myélinisées les plus rapides, l’influx atteint environ 100 à 120 mètres par seconde, soit plus de 400 kilomètres à l’heure. Le diamètre compte aussi : un axone large conduit plus vite qu’un axone étroit, comme l’eau coule plus vite dans un large fleuve que dans un petit ruisseau.
Franchir l’espace : la synapse et l’apprentissage
Quand l’impulsion atteint une terminaison de l’axone, elle rencontre un espace, la synapse, large d’environ 20 à 40 nanomètres, des milliers de fois plus étroit qu’un cheveu humain. L’impulsion électrique ne peut pas le franchir. Des ions calcium entrent, et de minuscules bulles appelées vésicules libèrent dans l’espace un messager chimique, un neurotransmetteur. Il traverse l’espace et se fixe sur des récepteurs de la cellule suivante, qu’il pousse à s’activer ou qu’il en détourne. Le glutamate, le GABA et la dopamine en sont des exemples.
Le psychologue Donald Hebb a proposé en 1949 que les connexions se renforcent lorsque deux cellules sont actives ensemble, une idée souvent résumée par la formule : les neurones qui s’activent ensemble se connectent ensemble. C’est un slogan simplifié, mais il explique pourquoi s’entraîner aide : l’usage répété renforce les voies concernées.
Déclencher un neurone vous-même : le chapitre du VJOURNAL SMART BOOK
Le livre de Biologie de la série VJOURNAL SMART BOOK, dans VITON13 SCHOOL, contient un chapitre intitulé « Neurones et influx nerveux ». Un neurone 3D vivant se tient à côté du texte et traverse cinq moments : son anatomie, la tension de repos proche de −70 millivolts, l’impulsion qui saute de nœud en nœud, la synapse et un réseau de neurones qui se connectent ensemble.
Dans le bac à sable sous l’image, vous faites glisser un curseur de stimulus et suivez la courbe de tension sur un voltmètre en surimpression, puis vous désactivez la myéline et voyez l’influx ralentir. Le chapitre se termine par un court quiz et les sources de ses données.
En mots simples
Un neurone ressemble à une rangée de dominos. Poussez le premier assez fort et toute la rangée tombe de la même façon, quelle que soit la force de la poussée. Au bout de la rangée, un messager porte la nouvelle à travers un espace jusqu’à la rangée suivante.
À vous de jouer
Ouvrez le chapitre sur les neurones, faites glisser le curseur de stimulus de faible à fort en regardant la courbe de tension, puis désactivez la myéline.
Résultat attendu
Une poussée faible s’éteint sans impulsion ; au-dessus du seuil, chaque impulsion a la même taille, et une poussée plus forte ajoute seulement des impulsions par seconde. Sans myéline, l’influx voyage plus lentement.
Vérifiez votre réponse: Un neurone est au repos à −70 mV et son seuil est de −55 mV. De combien de millivolts un stimulus doit-il élever la tension pour déclencher une impulsion ?
De 15 mV, car −55 moins −70 font 15. Une variation plus faible s’éteint ; une variation qui atteint le seuil produit une impulsion de taille habituelle.
Questions et réponses
Quelle est la différence entre un neurone et un nerf ?
Un neurone est une seule cellule nerveuse. Un nerf est un faisceau de nombreux axones, enveloppés ensemble, qui transporte des signaux entre le cerveau ou la moelle épinière et le reste du corps.
Combien y a-t-il de neurones dans le cerveau humain ?
Environ 86 milliards, avec presque autant de cellules non neuronales, d’après un décompte de 2009 sur un cerveau d’homme adulte par Azevedo et ses collègues, résumé par Herculano-Houzel. Ces décomptes sont des estimations et varient d’une personne à l’autre.
À quelle vitesse voyagent les influx nerveux ?
D’environ 0,5 mètre par seconde dans les fibres les plus lentes à environ 100 à 120 mètres par seconde dans les fibres myélinisées les plus rapides, soit environ 430 kilomètres à l’heure.
Le signal nerveux est-il de l’électricité qui circule comme dans un fil ?
Pas tout à fait. Des particules chargées appelées ions traversent la membrane par des canaux, et l’impulsion se renouvelle le long de l’axone. C’est une onde qui se propage d’elle-même, bien plus lente qu’un signal dans un fil de cuivre.
Qu’est-ce qu’un neurotransmetteur ?
Un messager chimique libéré dans une synapse. Il traverse l’espace, se fixe sur des récepteurs de la cellule suivante et peut la rendre plus ou moins susceptible de s’activer. L’acétylcholine, qui transmet le signal d’un neurone moteur à un muscle, en est un exemple.
Suivez la chaîne : dendrite, corps cellulaire, impulsion le long de l’axone, synapse, cellule suivante. Ouvrez ensuite le chapitre sur les neurones, faites glisser le curseur de stimulus et désactivez la myéline pour voir à quoi sert chaque étape.
Sources et lectures
- OpenStax Anatomy and Physiology 2e: The Action Potential ↗Sources consultées:
- OpenStax Anatomy and Physiology 2e: Communication Between Neurons ↗Sources consultées:
- Herculano-Houzel, Frontiers in Human Neuroscience, 2009: The human brain in numbers ↗Sources consultées:
- Wikipedia: Nerve conduction velocity ↗Sources consultées:
- Wikipedia: Chemical synapse ↗Sources consultées: