Comment les signaux nerveux se propagent

Un potentiel d’action fait passer l’intérieur d’un neurone de -70 mV à +30 mV, puis le ramène à son état initial en environ 2 millisecondes.

Une petite pile de part et d’autre de la membrane

Chaque neurone maintient une petite différence électrique de part et d’autre de sa membrane. On la mesure à l’intérieur par rapport à l’extérieur, en millivolts (mV). Au repos, l’intérieur est à environ -70 mV. Deux facteurs expliquent cet état. Les ions sodium (Na+) sont environ dix fois plus concentrés à l’extérieur de la cellule qu’à l’intérieur, tandis que les ions potassium (K+) sont plus concentrés à l’intérieur. La pompe sodium-potassium maintient ces différences en faisant sortir Na+ et entrer K+. Comme elle travaille contre les gradients, elle consomme de l’énergie sous forme d’ATP. La membrane au repos ressemble à une pile chargée qui attend qu’on actionne un interrupteur.

Le seuil et la loi du tout ou rien

Un stimulus, comme un neurotransmetteur provenant d’une autre cellule ou une pression sur un récepteur tactile, laisse entrer du Na+, et l’intérieur devient moins négatif. C’est la dépolarisation. Si elle reste faible, elle s’atténue simplement. Si le potentiel atteint environ -55 mV, le seuil, de nombreux canaux sodiques dépendants du voltage s’ouvrent, Na+ entre rapidement et l’intérieur atteint environ +30 mV. Ensuite, des canaux potassiques dépendants du voltage s’ouvrent, K+ sort et le potentiel de membrane redescend. Il passe brièvement sous -70 mV, lors d’une courte hyperpolarisation, avant de revenir au repos. Le potentiel d’action complet dure environ 2 millisecondes, et le passage de -70 à +30 représente une variation de 100 mV, soit 0.1 volt.

À cause du seuil, le potentiel d’action obéit à la loi du tout ou rien. Un stimulus faible qui n’atteint jamais -55 mV ne produit aucun potentiel d’action. Un stimulus fort n’en produit pas un plus grand, car tous les potentiels d’action atteignent le même voltage maximal. En revanche, un stimulus plus fort déclenche des potentiels d’action plus fréquents. Le système nerveux code donc l’intensité par la fréquence de déclenchement d’un neurone, et non par l’amplitude de chaque pic. Pendant la période réfractaire absolue, le même segment de membrane ne peut pas déclencher un autre potentiel d’action. Cette période réfractaire garantit aussi que le signal progresse dans un seul sens, vers les terminaisons axonales.

Avancer pas à pas ou par bonds le long de l’axone

Sur un axone sans myéline, la dépolarisation se propage un peu, ouvre les canaux sodiques suivants, se propage encore, et ainsi de suite. Cette conduction continue est lente. Sur un axone myélinisé, les canaux sodiques dépendants du voltage ne se trouvent qu’aux nœuds de Ranvier. La charge se propage rapidement sous la myéline et le potentiel d’action se régénère à chaque nœud, donnant l’impression de sauter de l’un à l’autre. C’est la conduction saltatoire, du latin saltare, sauter. Les axones plus larges conduisent aussi plus vite. Les fibres fines non myélinisées transportent les signaux à environ 0.5 à 2 mètres par seconde ; les fibres myélinisées les plus épaisses atteignent environ 120 mètres par seconde.

Franchir l’intervalle : la synapse

À l’extrémité de l’axone, le signal électrique doit atteindre une autre cellule. Quelques synapses sont électriques : les deux cellules sont reliées de telle sorte que les ions passent directement de l’une à l’autre. La plupart sont chimiques. Quand un potentiel d’action atteint le bouton synaptique, des canaux calciques dépendants du voltage s’ouvrent et Ca2+ entre. Le calcium aide les vésicules, de petits sacs remplis de neurotransmetteur, à fusionner avec la membrane et à libérer leur contenu dans la fente synaptique, l’étroit espace entre les cellules. Le neurotransmetteur diffuse à travers cet espace et se fixe sur les récepteurs de la cellule réceptrice. Chaque récepteur correspond à un neurotransmetteur, comme une serrure à une clé.

Cette fixation modifie le potentiel de la membrane réceptrice. Un potentiel postsynaptique excitateur le rapproche du seuil ; un potentiel inhibiteur l’en éloigne. Une seule stimulation suffit rarement. Les signaux de nombreuses synapses, ou plusieurs signaux très rapprochés issus d’une même synapse, s’additionnent dans la zone de déclenchement. Le neurone suivant ne déclenche un potentiel d’action que si leur somme atteint le seuil. Enfin, le neurotransmetteur est éliminé pour mettre fin au signal : l’acétylcholine est dégradée par l’enzyme acétylcholinestérase, et des acides aminés comme le glutamate sont recaptés par les neurones ou les cellules gliales pour être réutilisés. Selon le NINDS, l’acétylcholine provoque la contraction des muscles, le glutamate est un neurotransmetteur excitateur majeur et le GABA est inhibiteur.

Ce contenu explique comment le corps est construit et fonctionne. Ce n'est pas un avis médical, et il ne sert ni à diagnostiquer ni à soigner qui que ce soit.