Comment fonctionne un neurone : influx et synapse en 3D

Les parties d’une cellule nerveuse

L’image montre un seul neurone, agrandi plusieurs milliers de fois. Des branches appelées dendrites recueillent les messages des autres cellules, comme des antennes. Elles alimentent le corps cellulaire, ou soma, qui contient le noyau et décide s’il faut transmettre un signal. Le signal part le long de l’axone, une fibre fine qui peut mesurer un mètre dans la jambe. Beaucoup d’axones sont enveloppés de myéline, une gaine de graisse interrompue par de petits espaces appelés nœuds de Ranvier. À l’autre bout, l’axone se divise en terminaisons, qui transmettent le message à la cellule suivante.

Une pile dans la membrane

Au repos, un neurone ressemble à une pile chargée. Sa membrane garde les ions sodium surtout à l’extérieur et les ions potassium surtout à l’intérieur, et une pompe moléculaire appelée pompe sodium-potassium travaille sans cesse pour maintenir l’équilibre. Il en résulte une différence électrique de part et d’autre de la membrane : l’intérieur est environ 70 millivolts plus négatif que l’extérieur. Les scientifiques notent ce potentiel de repos à peu près −70 mV. Utilisez le voltmètre affiché sur l’image pour le voir. Un millivolt est un millième de volt : toute la cellule fonctionne donc avec une tension minuscule, qui suffit pourtant à porter la pensée.

Le potentiel d’action

Stimulez maintenant la cellule. Une poussée faible fait seulement vaciller la tension, qui retombe. Mais si la poussée porte la tension jusqu’à un seuil d’environ −55 mV, les canaux sodium s’ouvrent d’un coup, des ions positifs s’engouffrent et la tension monte brusquement à environ +30 à +40 mV. Puis les canaux potassium s’ouvrent et la tension redescend. Cette pointe, le potentiel d’action, dure environ une milliseconde. C’est du tout ou rien : un stimulus plus fort ne donne pas une pointe plus grande, seulement plus de pointes par seconde. Faites glisser le curseur de stimulus et suivez la courbe.

Pourquoi la myéline accélère

Une pointe n’est pas un courant qui descend un fil. C’est une onde qui se renouvelle le long de la membrane. Sur un axone nu, elle avance à seulement 1 mètre par seconde environ. La myéline change tout. La gaine isole l’axone, si bien que la pointe saute d’un nœud de Ranvier au suivant, ce que l’on appelle la conduction saltatoire, du latin pour « sauter ». Sur les fibres épaisses et myélinisées, l’influx atteint environ 100 à 120 mètres par seconde, soit plus de 400 kilomètres par heure. Désactivez la myéline dans le bac à sable et voyez l’impulsion ralentir.

Franchir l’espace

Quand la pointe arrive à la terminaison, elle rencontre un espace, la synapse, large d’environ 20 à 40 nanomètres seulement. Un nanomètre est un millionième de millimètre : cet espace est des milliers de fois plus étroit qu’un cheveu. L’impulsion électrique ne peut pas le sauter. À la place, des ions calcium entrent et de minuscules bulles appelées vésicules libèrent un messager chimique, un neurotransmetteur, dans l’espace. Il le traverse en dérivant et se fixe sur des récepteurs de la cellule suivante, ce qui peut rendre celle-ci plus ou moins susceptible de s’activer. Le glutamate, le GABA et la dopamine en sont des exemples.

Apprendre, c’est recâbler

La dernière image dézoome sur une toile. Le cerveau compte environ 86 milliards de neurones, et chacun peut se connecter à des milliers d’autres, ce qui fait une estimation de cent mille milliards de synapses, ou davantage. Les signaux circulent dans des réseaux entiers à la fois. Le psychologue Donald Hebb a proposé en 1949 que les connexions se renforcent quand deux cellules sont actives ensemble, une idée souvent résumée par « les cellules qui s’activent ensemble se connectent ensemble ». C’est un slogan simplifié, mais il dit bien pourquoi s’entraîner marche : répéter une chose renforce les voies concernées, et c’est ainsi que l’apprentissage est mémorisé.

Neurones et influx nerveux