Plan du cours 1. Les neurones L’organisation neuronale 2. Les signaux nerveux 2.1. Le potentiel de membrane 2.2. La transduction sensorielle et le potentiel de récepteur 2.3. La conduction neuronale et le potentiel d’action 2.4. La transmission synaptique et les potentiels post-synaptiques 2.5. Le potentiel de plaque motrice 2.6. Circulation de l’information dans un circuit neuronal

≠ Théorie neuronale (Santiago Ramon y Cajal  sels d’argent) : le cerveau est constitué de cellules indépendantes Théorie réticulaire (Camillo Golgi, début XX ème ) : le cerveau est une masse continue de tissu avec un cytoplasme commun 1. Les neurones

ARN   protéines ADN  ARN production énergie Comparables aux autres cellules : un corps cellulaire (= soma) càd : -une membrane -un noyau (ADN) -un cytoplasme (synthèse protéique)

Mais en plus les neurones ont des prolongements : axone et dendrites Liquide interstitiel

Nombreuses formes (axone, dendrites) et fonctions : pseudo-unipolaire multipolaire bipolaire multipolaire

1.1. Les dendrites Arborisation  conditionne la morphologie et le nombre de connexions  critère de classification des neurones

Encart méthodologique : la neuroanatomie Généralités Étude de la structure du système nerveux : - neuroanatomie microscopique = composants du neurone - neuroanatomie macroscopique = structure globale, connexions  coloration (= injection substance chimique sélectivement absorbée par éléments particuliers)  coupes  observation au microscope La coloration de Golgi Coloration des prolongements

Diamètre irrégulier : axone dendrite épine dendritique Composants dendritiques analogues à ceux du corps cellulaire (excepté le noyau)‏  lieu de synthèse de protéines (ARN transporté) : canaux…

1.2. Les axones (coupe transversale)‏ A la différence du dendrite : - unique - parfois très long - gaine de myéline - diamètre régulier et aspect lisse  pas de synthèse de protéines  transport axonal  transmission influx nerveux - pas d’éléments de Golgi, ni ribosomes

Constituent les synapses avec les dendrites ou les corps cellulaires  par des boutons « en passant » soma  en se terminant par un « bouton terminal » dendrite axone

2. Les signaux nerveux conduisent les signaux électriques le long des axones s’échangent des informations de façon électrique et/ou chimique transforment les signaux électriques en mouvements mécaniques convertissent les informations sensorielles en messages électriques Les neurones : 1 = transduction sensorielle 2 = conduction neuronale 3 = transmission synaptique

 Circulation neuronale de l’information dans une seule direction : 2.1. Le potentiel de membrane Membrane imperméable BARRIERE Mais échanges d’ions grâce à…

Deux types de canaux ioniques : a) activés par des variations électriques = dits « voltage-dépendants » (activés par potentiel d’action, élément présynaptique)‏  tend à l'équilibre ionique de part et d'autre de la membrane Les canaux ioniques mvt ions Transport dans le sens du gradient de concentration ionique (perméabilité sélective)‏ Transport passif (= diffusion)‏ b) activés par un ligand : NT (élément postsynaptique), stimulus mécaniques, Ca 2+, variation t°…

 établit une différence de concentration ionique entre l’extérieur et l’intérieur Les transporteurs d’ions (pompe Na+/K+)‏ mvt ions K+ GRADIENT DE CONCENTRATION K+ A l’encontre du gradient de concentration Transport actif (ATP)‏

 Léger excédent de charge négative du côté interne de la membrane  Cette différence crée un gradient électrique (au repos)‏ Mais fuite + importante de K+ que de Na+ (car + de canaux K+) La situation théorique de « repos »  Déséquilibre ionique entretenu activement par les pompes‏ Na+/K+

Encart méthodologique : la neurophysiologie Généralités Les neurones créent des champs électriques et des champs magnétiques perpendiculaires : enregistrement (unitaire, EEG/MEG) ou stimulation Champ électrique Champ magnétique

Encart méthodologique : la neurophysiologie L’enregistrement unitaire Enregistrement électrique de neurone (isolé)‏ grâce à des microélectrodes membrane externe chargée positivement membrane interne chargée négativement différence de potentiel d’environ -70 mV = potentiel de membrane de repos

Encart méthodologique : la neurophysiologie L’enregistrement unitaire Suggère qu'il y a : - des régions spécialisées : motrice, auditive, etc. - des neurones sensibles aux variations de certains paramètres du stimulus : couleur, orientation, etc.  neurones « miroirs » Propriétés des neurones :  activité spontanée  fluctuante selon la région  fréquence de décharge modifiée par conditions expérimentales

En plus des mouvements ioniques responsables de la situation de repos, d’autres mouvements ont lieu à travers différents canaux ioniques (Na+, K+, Cl- et Ca 2+ ) Les courants transmembranaires La perméabilité des canaux ioniques varie en permanence à cause de la présence de substances chimiques dans le milieu extracellulaire, de l’arrivée d’influx électriques sur le neurone, etc.  transduction, conduction, transmission synaptique…

Encart méthodologique : la neurophysiologie La microstimulation de neurones + - courant (nA) ‏ potentiel de membrane (mV) ‏ (2 µm)‏ Hyperpolarisation = intérieur + négatif / Dépolarisation = intérieur - négatif

2.2. La transduction sensorielle et le potentiel de récepteur Au niveau d’un récepteur sensoriel (parfois neurone)  conversion d’un stimulus (mécanique, etc.) en activité électrique stimulus modification perméabilité ionique ouverture ou fermeture de canaux  potentiel de récepteur (amplitude fonction de l’intensité du stimulus)‏

…l’amplitude d’un courant diminue avec la distance (mauvais conducteur) : 2.3. La conduction neuronale et le potentiel d’action Propagation du signal électrique le long des axones mais… = efficace seulement pour courtes distances

 propriétés électriques actives du neurone : le potentiel d’action (PA)‏ Apparaît si dépolarisation > potentiel seuil (environ -50 mV)‏ + - courant (nA) ‏ potentiel de membrane (mV) ‏

Propriétés du PA : - propage l’information sur de longues distances sans atténuation - phénomène transitoire (1 ms)‏ - phénomène « tout ou rien » - émis plusieurs fois si intensité ou durée de courant  - généré par l’ouverture de canaux « voltage dépendants » : 1. entrée rapide Na sortie lente K+ 2 dépolarisation repolarisation hyperpolarisation

Conduction du PA : - augmentée par myéline (  diamètre   résistance)‏ myéline nœud de Ranvier - de proche en proche ou saltatoire aux nœuds de Ranvier

2.4. La transmission synaptique et les potentiels post-synaptiques = Transfert intercellulaire entre des neurones (ou entre neurone et muscle) élément présynaptique (axones)‏ élément postsynaptique (dendrites, corps cellulaires, muscle)‏

La synapse électrique Jonction communicante avec canaux appariés  Synchronisation neuronale (ex : sécrétion hormonale)‏ 3,5 nm  Diffusion quasi instantanée des ions

La synapse chimique Intermédiaire chimique (majoritaire)‏  sécrétion de neurotransmetteurs (NT)‏

canaux Ca 2+ « voltage dépendants »

Les neurotransmetteurs Souvent constitutifs d’un système donc impliqués dans une fonction particulière NT à petite molécule : action rapide  acides aminés : - glutamate (+)‏ - GABA (-)‏ - glycine (-)‏ (cœur, jonction neuromusculaire, SNV)‏ (le + important)‏ (veille-sommeil)‏  acétylcholine (+)‏

Les neurotransmetteurs Souvent constitutifs d’un système donc impliqués dans une fonction particulière NT à petite molécule : action rapide  acides aminés : - glutamate (+)‏ - GABA (-)‏ - glycine (-)‏  monoamines : - catécholamines (+) : dopamine, noradrénaline, adrénaline - histamine (+), sérotonine (+)‏  acétylcholine (+)‏

Neuropeptides (+ et -) : action + lente et + durable Anomalies fonctionnement NT = troubles neurologiques et psychiatriques  thérapies à l’une des étapes de leur action

Encart méthodologique : la neuroanatomie Les techniques histochimiques  contenu chimique : NT, métabolites  cartographie des systèmes de NT exemple : le système sérotoninergique

Excitateurs (PPSE) si  probabilité d’émission d’un PA Inhibiteurs (PPSI) si  probabilité  Sommation temporelle et spatiale des PPS Les potentiels post-synaptiques

2.5. Le potentiel de plaque motrice Au niveau de la jonction neuromusculaire PA libération Ach PPM dans la fibre  PA  contraction fibre

2.6. Circulation de l’information dans un circuit neuronal Circuit neuronal = neurones sensoriels + motoneurones (+ interneurones)‏ Exemple : le réflexe d’étirement (ou myotatique)‏ étirement extenseurs relâchement fléchisseur  est constitué d’un arc réflexe d’innervation réciproque + - contraction extenseurs

Potentiel de repos  Potentiel d’action  PPSE  PPSE + -  Potentiel de récepteurChocExtension jambe jambe  PA  PPM  contraction extenseur  relâchement fléchisseur  PPSI +