7 : Fonctionnement des neurones

# 7 : Fonctionnement des neurones ## Objectifs et prérequis Comprendre les bases électriques et chimiques du fonctionnement des neurones : potentiel de repos, potentiel d’action, propagation, intégration synaptique et effets des substances sur la transmission. Prérequis : notions de biologie cellulaire (membrane plasmique, ions, ATP), chimie (équilibres ioniques, diffusion), physique de base (tension, courant, résistance). --- ### Introduction Le neurone est une cellule excitable spécialisée dans la transmission de l’information sous forme de signaux électriques : le potentiel d’action. Ce signal résulte de variations rapides du potentiel membranaire dues à l’ouverture et à la fermeture sélective de canaux ioniques. Le potentiel de repos représente l’état de base du neurone, maintenu par la pompe Na⁺/K⁺-ATPase et les fuites passives d’ions. Le potentiel d’action, déclenché lorsqu’un seuil est atteint, se propage sans atténuation le long de l’axone grâce à des courants locaux. À la synapse, ce signal électrique est converti en signal chimique (neurotransmetteur), puis reconverti en signal électrique chez le neurone postsynaptique. L’intégration neuronale somme les potentiels postsynaptiques excitateurs et inhibiteurs pour décider si un nouveau potentiel d’action sera généré. Certaines substances (drogues, toxines) modifient ces processus en agissant sur les canaux, les récepteurs ou la dégradation des neurotransmetteurs. --- ## I. Séance 37 : Le potentiel de repos ### Définition et propriétés > Le potentiel de repos (V_m) est la différence de potentiel électrique à travers la membrane d’un neurone au repos, généralement autour de –70 mV (intérieur négatif par rapport à l’extérieur). Il résulte de la répartition inégale des ions (Na⁺, K⁺, Cl⁻, protéines anioniques) et de la perméabilité sélective de la membrane, principalement au K⁺ via des canaux de fuite. ### Équation de Nernst pour le K⁺ Le potentiel d’équilibre du K⁺ (E_K) est donné par : $$ E_K = \frac{RT}{zF} \ln \left( \frac{[K^+]_o}{[K^+]_i} \right) $$ À 37°C, avec R = 8,314 J·mol⁻¹·K⁻¹, F = 96485 C·mol⁻¹, z = +1 : $$ E_K \approx 61,5 \log_{10} \left( \frac{[K^+]_o}{[K^+]_i} \right) \text{ mV} $$ Exemple : [K⁺]_i = 140 mM, [K⁺]_o = 4 mM → $$ E_K = 61,5 \log_{10} \left( \frac{4}{140} \right) = 61,5 \times (-1,544) \approx -95 \text{ mV} $$ ### Contribution du Na⁺ et modèle de Goldman-Hodgkin-Katz La membrane est aussi légèrement perméable au Na⁺ (E_Na ≈ +60 mV). Le potentiel de repos réel est une moyenne pondérée : $$ V_m = \frac{RT}{F} \ln \left( \frac{P_K[K^+]_o + P_{Na}[Na^+]_o + P_{Cl}[Cl^-]_i}{P_K[K^+]_i + P_{Na}[Na^+]_i + P_{Cl}[Cl^-]_o} \right) $$ où P_K, P_Na, P_Cl sont les perméabilités relatives. Comme P_K >> P_Na, V_m est proche de E_K mais légèrement dépolarisé (–70 mV au lieu de –95 mV). ### Rôle de la pompe Na⁺/K⁺-ATPase > La pompe Na⁺/K⁺-ATPase hydrolyse 1 ATP pour exporter 3 Na⁺ et importer 2 K⁺, maintenant les gradients de concentration essentiels au potentiel de repos. Elle est électrogène : contribue directement à –3 à –5 mV du V_m. ### Exercice d’application 1 Un neurone a [K⁺]_i = 120 mM, [K⁺]_o = 5 mM. Calculer E_K à 37°C. **Correction :** $$ E_K = 61,5 \log_{10} \left( \frac{5}{120} \right) = 61,5 \times \log_{10}(0,0417) = 61,5 \times (-1,38) \approx -84,9 \text{ mV} $$ ### Exercice d’application 2 Si la pompe Na⁺/K⁺-ATPase est inhibée par l’ouabaïne, que se passe-t-il pour V_m ? **Correction :** Les gradients de Na⁺ et K⁺ s’estompent par diffusion. Le K⁺ sort, le Na⁺ entre → V_m tend vers 0 mV (dépolarisation), puis le neurone devient inexcitable. --- ## II. TP N°10 : Mise en évidence du potentiel de repos ### Objectif Mesurer le potentiel de repos d’un neurone géant (ex : calmar) à l’aide d’une électrode micropipette remplie de KCl 3 M, reliée à un amplificateur et un oscilloscope. ### Protocole 1. Préparer une préparation de nerf de calmar. 2. Insérer une microélectrode dans l’axone au repos. 3. Insérer une électrode de référence dans le bain extracellulaire. 4. Mesurer la différence de potentiel (V_in – V_out). 5. Observer la stabilité du signal au repos. ### Résultats attendus - Signal stable autour de –60 à –80 mV. - Aucune variation spontanée (pas de potentiels d’action au repos). - Après perforation de la membrane avec la microélectrode, le signal chute vers 0 mV (court-circuit). ### Interprétation > Le potentiel mesuré reflète la différence de charge due à l’excès de protéines anioniques et au déficit relatif de K⁺ à l’intérieur. La stabilité indique un état d’équilibre dynamique maintenu par la pompe Na⁺/K⁺-ATPase. ### Exercice d’application Un enregistrement montre V_m = –75 mV. Après ajout de tétréthylammonium (TEA, bloqueur des canaux K⁺ de fuite), V_m devient –55 mV. Expliquer. **Correction :** Le TEA réduit la perméabilité au K⁺. La contribution relative du Na⁺ augmente → dépolarisation vers E_Na. --- ## III. Séance 38 : Le potentiel d’action ### Définition et propriétés > Le potentiel d’action est une variation rapide, stéréotypée et propagée du potentiel membranaire, déclenchée lorsque le potentiel atteint un seuil (environ –55 mV). Il comprend : dépolarisation rapide (vers +40 mV), repolarisation (vers –70 mV), parfois hyperpolarisation (sous –70 mV). Durée totale : 1–2 ms. Amplitude : ~110 mV (de –70 à +40 mV). ### Phases ioniques 1. **Seuil atteint** : ouverture des canaux Na⁺ voltage-dépendants (activation rapide). 2. **Dépolarisation** : entrée massive de Na⁺ (V_m → E_Na). 3. **Inactivation des Na⁺** : fermeture des canaux Na⁺ (porte d’inactivation). 4. **Repolarisation** : ouverture lente des canaux K⁺ voltage-dépendants → sortie de K⁺. 5. **Hyperpolarisation** : fermeture lente des K⁺ (potentiel après-coup négatif). 6. **Return to baseline** : fermeture des K⁺, rétablissement des gradients par la pompe. ### Période réfractaire > Après un potentiel d’action, le neurone est momentanément incapable d’en générer un nouveau. - **Période réfractaire absolue** : canaux Na⁺ inactivés → aucun potentiel d’action possible, même avec stimulus supraseuil. - **Période réfractaire relative** : canaux Na⁺ réactivés, mais seuil augmenté à cause de l’hyperpolarisation résiduelle (K⁺ encore ouvert). ### Exercice d’application 1 Tracer le schéma d’un potentiel d’action en indiquant : seuil, pic, phases, canaux ouverts à chaque étape. **Correction :** - Repos (–70 mV) : K⁺ de fuite ouverts. - Seuil (–55 mV) : début d’ouverture Na⁺_v. - Montée (–55 → +40 mV) : Na⁺_v largement ouverts. - Pic (+40 mV) : Na⁺_v en inactivation, K⁺<sub>v</b> commencent à s’ouvrir. - Repolarisation (+40 → –70 mV) : K⁺_v ouverts, Na⁺_v fermés. - Hyperpolarization (–70 → –80 mV) : K⁺<sub>v</b> encore ouverts. - Retour au repos : K⁺<sub>v</b> fermés, pompe active. ### Exercice d’application 2 Pourquoi le potentiel d’action ne peut-il pas aller au-delà de E_Na ? **Correction :** Lorsque V_m approche E_Na, le gradient électrochimique pour le Na⁺ s’annule → flux net nul. Aucune force motrice n’entraîne plus d’entrée de Na⁺. --- ## IV. TP N°11 : Mise en évidence du potentiel d’action ### Objectif Enregistrer un potentiel d’action dans un axone de calmar en réponse à un stimulus électrique supraseuil. ### Protocole 1. Préparer le nerf de calmar. 2. Placer deux microélectrodes : une pour la stimulation, une pour l’enregistrement. 3. Appliquer un stimulus court (0,1 ms) et de tension variable. 4. Observer la réponse sur l’oscilloscope. ### Résultats attendus - En dessous du seuil : réponse locale, décroissante avec la distance (potentiel graded). - Au seuil et au-delà : réponse stéréotypée de même forme et amplitude, quel que soit l’intensité du stimulus (loi du tout-ou-rien). - Latence fixe entre stimulus et début du potentiel d’action. - Vitesse de propagation mesurable en divisant la distance entre électrodes par la latence. ### Interprétation > Le potentiel d’action obéit à la loi du tout-ou-rien : son amplitude et sa forme sont indépendantes de l’intensité du stimulus, dès que le seuil est atteint. Cela reflète la nature autorégénérative du processus : l’entrée de Na⁺ dépolarise les régions adjacentes, déclenchant un nouveau potentiel d’action. ### Exercice d’application Un stimulus de 2 mV déclenche une réponse de 5 mV (graduée). Un stimulus de 10 mV déclenche un potentiel d’action de 100 mV. Un stimulus de 20 mV déclenche aussi un potentiel d’action de 100 mV. Que conclure ? **Correction :** Le potentiel d’action suit la loi du tout-ou-rien : au-delà du seuil, l’amplitude est constante. Les réponses de 5 mV et 10 mV sont des potentiels graded (pas assez pour atteindre le seuil). --- ## V. Séance 39 : Naissance du potentiel d’action au niveau des récepteurs sensoriels et au niveau d’un neurone ### Chez les récepteurs sensoriels (transduction) > Un stimulus mécanique, chimique ou thermique ouvre des canaux ioniques spécialisés (méchanosensibles, thermosensibles, chimiorécepteurs), provoquant un potentiel graded appelé potentiel récepteur. Si ce potentiel atteint le seuil à la zone d’initiation (premier nœud de Ranvier ou cône axonique), il déclenche un potentiel d’action. ### Exemple : corpuscule de Pacini - Pression → déformation de la membrane → ouverture de canaux Na⁺ → entrée de Na⁺ → dépolarisation locale. - Plus la pression est forte, plus le potentiel récepteur est grand (amplitude graded, fréquence de décharge codée). ### Chez le neurone (zone d’initiation) > Le cône axonique (zone initiale de l’axone) possède une forte densité de canaux Na⁺ voltage-dépendants → seuil faible (–55 à –50 mV). C’est ici que la somme des potentiels graded (dendritiques et somatiques) est évaluée pour décider du déclenchement d’un potentiel d’action. ### Exercice d’application Un mechanorécepteur produit un potentiel récepteur de 15 mV en réponse à un toucher léger, et de 30 mV à une pression forte. Le seuil du neurone associé est –50 mV (repos –70 mV). Quelle est la fréquence de décharge attendue ? **Correction :** - Toucher léger : dépolarisation = –70 + 15 = –55 mV → au seuil → un potentiel d’action peut être déclenché (fréquence faible). - Pression forte : –70 + 30 = –40 mV → bien au-delà du seuil → déclenchement fréquent de potentiels d’action (fréquence élevée). La fréquence de décharge augmente avec l’amplitude du potentiel récepteur. ### Exercice d’application 2 Pourquoi le potentiel d’action ne naît-il pas dans les dendrites, même si elles reçoivent des potentiels graded ? **Correction :** Les dendrites ont peu de canaux Na⁺ voltage-dépendants. Les potentiels graded y sont atténués par la résistance membranaire et ne parviennent pas au seuil. Seul le cône axonique a la densité suffisante de canaux pour initier un potentiel d’action autorégénératif. --- ## VI. Séance 40 : Propagation du potentiel d’action le long de la fibre nerveuse ### Mécanisme de propagation > Le potentiel d’action se propage par courants locaux : l’entrée de Na⁺ dans une zone dépolarise la membrane adjacente jusqu’au seuil, déclenchant un nouveau potentiel d’action. Le potentiel d’action ne se déplace pas : il est régénéré successivement. Il ne revient pas en arrière car la zone venant de se dépolariser est en période réfractaire absolue (canaux Na⁺ inactivés). ### Fibre myélinisée vs non myélinisée | Critère | Fibre non myélinisée | Fibre myélinisée | |--------|----------------------|------------------| | Vitesse de propagation | 0,5–2 m/s | 12–120 m/s | | Mécanisme | Continu | Saltatoire (de nœud à nœud) | | Énergie utilisée | Faible (pompe active peu) | Très faible (ions échangés seulement aux nœuds) | | Épaisseur typique | Axone fin | Axone gros | > Dans la fibre myélinisée, la myéline agit comme un isolant électrique. Le courant intérieur se propage rapidement dans le liquide axoplasmique jusqu’au prochain nœud de Ranvier, où la densité élevée de canaux Na⁺ permet la régénération du potentiel d’action. ### Vitesse de propagation : dépendance au diamètre La vitesse (v) est approximativement proportionnelle au diamètre (d) de l’axone : $$ v \propto d $$ Pour les fibres myélinisées : v ≈ 6 × d (en m/s si d en μm). Exemple : axone de 10 μm → v ≈ 60 m/s. ### Exercice d’application Un potentiel d’action met 2 ms pour parcourir 10 mm. Quelle est sa vitesse ? **Correction :** $$ v = \frac{distance}{temps} = \frac{10 \times 10^{-3} \text{ m}}{2 \times 10^{-3} \text{ s}} = 5 \text{ m/s} $$ → Fibre probablement non myélinisée ou de petit diamètre. ### Exercice d’application 2 Pourquoi la sclérose en plaques ralentit-elle la conduction nerveuse ? **Correction :** La démyélinisation expose des segments d’axone normalement isolés. Le courant intérieur se dissipe par fuite à travers la membrane, empêchant d’atteindre le seuil au nœud suivant. La propagation échoue ou devient discontinue et lente. --- ## VII. Séance 41 : Apprentissage de l’intégration CA 8 > L’intégration neuronale est le processus par lequel un neurone somme les potentiels postsynaptiques (excitatoires et inhibiteurs) reçus sur son dendrite et son soma pour déterminer s’il atteindra le seuil de déclenchement d’un potentiel d’action au cône axonique. On distingue : - **Sommation spatiale** : addition de potentiels provenant de synapses différentes, activées simultanément. - **Sommation temporelle** : addition de potentiels provenant de la même synapse, activés successivement avant que le premier ne se dissipe. ### Potentiels postsynaptiques - **PSP excitateur (EPSP)** : dépolarisation (ex : ouverture de canaux Na⁺ ou Ca²⁺, ou fermeture de canaux K⁺). - **PSP inhibiteur (IPSP)** : hyperpolarization ou stabilisation (ex : ouverture de canaux Cl⁻ ou K⁺). ### Exercice d’application 1 Deux EPSP de 0,5 mV chacun arrivent simultanément sur deux synapses différentes. Quel est le potentiel total au soma ? **Correction :** Somme spatiale : 0,5 + 0,5 = 1,0 mV (supposant linéarité et proximité). ### Exercice d’application 2 Un seul synapse libère du glutamate deux fois en 10 ms. Le premier EPSP est de 0,4 mV et met 20 ms à retourner au repos. Quel est le potentiel au bout de 10 ms ? **Correction :** À 10 ms, le premier EPSP a encore environ 0,2 mV (exponentielle décroissante). Le second ajoute 0,4 mV → total ≈ 0,6 mV (sommation temporelle). ### Exercice d’application 3 Un IPSP de –0,3 mV et un EPSP de +0,5 mV arrivent en même temps. Quel est l’effet net ? **Correction :** –0,3 + 0,5 = +0,2 mV → dépolarisation nette, mais sous seuil si seul. --- ## VIII. Séance 42 : Synapse : Structure > Une synapse est la jonction spécialisée entre un neurone présynaptique et une cellule cible (neuron, muscle, glande), permettant la transmission de l’information. On distingue : - **Synapse axodendritique** (la plus courante) - **Synapse axosomatique** - **Synapse axoaxonnique** (modulatrice) ### Structure de la synapse chimique 1. **Bouton présynaptique** : contient des vésicules synaptiques remplies de neurotransmetteur, des mitochondries, et des canaux Ca²⁺ voltage-dépendants. 2. **Fente synaptique** : espace de 20–40 nm entre présynapse et postsynapse. 3. **Membrane postsynaptique** : contient des récepteurs spécifiques au neurotransmetteur (ionotropes ou métabotropes), et des protéines du densité postsynaptique (ex : PSD-95). ### Types de récepteurs - **Ionotropes** : canal ionique directement ouvert par la liaison du neurotransmetteur (ex : récepteur nicotinique de l’ACh, récepteur GABA_A, récepteur NMDA/AMPA du glutamate). Rapide (ms). - **Métabotropes** : protéines G couplées → activation de secondes messagers (ex : récepteur GABA_B, récepteur muscarinique de l’ACh). Lent (secondes), modulateur. ### Exercice d’application Schématiser une synapse cholinergique en indiquant : bouton présynaptique, vésicules, fente, récepteurs postsynaptiques, mitochondries. **Correction :** Voir description ci-dessus. Les vésicules sont alignées près de la membrane présynaptique, opposées à la densité postsynaptique contenant les récepteurs. ### Exercice d’application 2 Pourquoi la fente synaptique est-elle essentielle à la spécificité de la transmission ? **Correction :** Elle limite la diffusion du neurotransmetteur à l’espace synaptique, empêchant l’activation de récepteurs éloignés. La dégradation ou la recapture se produit rapidement dans cette zone restreinte. --- ## IX. Séance 43 : Synapse : Fonctionnement ### Étapes de la transmission 1. **Arrivée du potentiel d’action** au bouton présynaptique. 2. **Ouverture des canaux Ca²⁺ voltage-dépendants** → entrée de Ca²⁺. 3. **Fusion des vésicules** avec la membrane présynaptique (exocytose) → libération du neurotransmetteur dans la fente. 4. **Liaison du neurotransmetteur** aux récepteurs postsynaptiques. 5. **Ouverture ou fermeture des canaux ioniques** postsynaptiques → génération d’un PSP. 6. **Fin du signal** : dégradation enzymatique (ex : acétylcholinestérase pour l’ACh), recapture par transporteurs (ex : SERT pour la sérotonine), ou diffusion hors de la fente. ### Exemple : jonction neuromusculaire - Neurotransmetteur : acétylcholine (ACh). - Récepteur : nicotinique (ionotrope, canal Na⁺/K⁺). - Effet : EPSP géant → toujours suffisant pour déclencher un potentiel d’action dans le fibre musculaire. - Fin de l’action : ACh hydrolyse par acétylcholinestérase → choline + acétate → choline recapturée pour resynthèse de l’ACh. ### Exercice d’application Un inhibiteur de l’acétylcholinestérase est appliqué à une jonction neuromusculaire. Que se passe-t-il ? **Correction :** L’ACh n’est pas dégradée → s’accumule dans la fente → stimulation prolongée et répétée des récepteurs → contractions musculaires soutenues (tétanie), puis fatigue et blocage par dépolarisation persistante (desensibilisation des récepteurs). ### Exercice d’application 2 Comparer l’action de la sérotonine via un récepteur 5-HT_1A (métabotrope) et 5-HT₃ (ionotrope). **Correction :** - 5-HT₃ : ouverture rapide d’un canal cationique (Na⁺/K⁺) → EPSP rapide (ms). - 5-HT_1A : activation d’une protéine G → ouverture de canaux K⁺ via secondes messagers → IPSP lent et prolongé (secondes). --- ## X. Séance 44 : L’intégration neuronale ### Récapitulatif et approfondissement > L’intégration neuronale détermine si le potentiel au cône axonique atteint le seuil. Elle dépend de : - La **localisation** des synapses (près du soma = plus d’efficacité). - Le **type** de récepteur (ionotrope = rapide, métabotrope = lent et modulateur). - La **fréquence** d’activation des entrées (sommation temporelle). - Le **nombre** de synapses actives simultanément (sommation spatiale). - L’**état de la membrane** (conductance de base, canaux ouverts). ### Rôle des canaux K⁺ de fuite et Cl⁻ > Une conductance élevée en K⁺ ou Cl⁻ shunt le courant entrant : il faut plus de dépolarisation pour atteindre le seuil → inhibition shunting. Exemple : activation de GABA_A ouvre des canaux Cl⁻. Si [Cl⁻]_i est élevé, l’entrée de Cl⁻ dépolarise ; si faible, elle hyperpolarise. Chez l’adulte, généralement hyperpolarisant ou stabilisant. ### Exercice d’application Un neurone reçoit 8 EPSP de 0,2 mV chacun, répartis sur des dendrites éloignées. Le seuil est –55 mV (repos –70 mV). Atteint-il le seuil ? **Correction :** Somme spatiale maximale : 8 × 0,2 = 1,6 mV → potentiel = –70 + 1,6 = –68,4 mV < –55 mV → **non**, seuil non atteint. (En réalité, l’atténuation dendritique réduit encore davantage l’efficacité.) ### Exercice d’application 2 Comment un IPSP peut-il empêcher le déclenchement d’un potentiel d’action même s’il est hyperpolarisant de seulement –1 mV ? **Correction :** Par effet shunting : l’ouverture de canaux (ex : K⁺ ou Cl⁻) augmente la conductance membranaire → diminue la résistance d’entrée → les courants excitateurs produisent moins de dépolarisation pour la même charge injectée (loi d’Ohm : V = I × R). Même un petit IPSP peut réduire fortement l’impact des EPSP proches dans le temps et l’espace. --- ## XI. Séance 45 : Effets de certaines substances sur la transmission synaptique ### Classification par mécanisme | Substance | Effet principal | Exemple | |----------|-----------------|---------| | Agoniste | Mimique le neurotransmetteur | Nicotine (agoniste ACh_nicotinique) | | Antagoniste | Bloque le récepteur | Curare (antagoniste ACh_nicotinique) | | Inhibiteur de dégradation | Prolonge l’action | Sarin (inhibiteur acétylcholinestérase) | | Bloqueur de recapture | Augmente la concentration fluoxétine (inhibiteur SERT) | | Libérateur | Provoque la libération | Amphétamine (libère dopamine) | | Bloqueur de vésicules | Empêche la libération | Botuline (empêche exocytose ACh) | ### Exemples détaillés - **Curare** : antagoniste compétitif du récepteur nicotinique de l’ACh à la jonction neuromusculaire → pas de dépolarisation musculaire → paralysie flasque. - **Sarin** : inhibe irréversiblement l’acétylcholinestérase → accumulation d’ACh → stimulation continue → spasmes, puis épuisement et paralysie. - **Fluoxétine (Prozac)** : bloque le transporteur de recapture de la sérotonine (SERT) → augmentation de [5-HT] dans la fente → activation prolongée des récepteurs 5-HT → effet antidépresseur (via adaptation des récepteurs). - **Botuline** : protéase qui coupe les protéines SNARE nécessaires à la fusion des vésicules → pas de libération d’ACh → paralysie flasque (usage thérapeutique en faibles doses contre les spasmes). ### Exercice d’application Un patient présente des contractions musculaires soutenues et des difficultés respiratoires. On soupçonne un inhibiteur de l’acétylcholinestérase. Quel test confirmerait ? **Correction :** Mesurer l’activité de l’acétylcholinestérase dans le sang ou le liquide céphalorachidien : activité fortement diminuée confirme l’exposition à un inhibiteur (ex : organophosphoré). ### Exercice d’application 2 Pourquoi la nicotine provoque-t-elle initialement une stimulation puis une dépression ganglionar ? **Correction :** À faible dose : agoniste des récepteurs nicotiniques ganglionnaires → dépolarisation → libération de neurotransmetteurs → stimulation. À forte dose ou prolongée : desensibilisation et blocage du canal ionique → inhibition de la transmission ganglionar → hypotension, fatigue. --- ## XII. Séance 46 : Apprentissage de l’intégration CA 9 > L’intégration neuronale intègre non seulement les entrées synaptiques, mais aussi l’état métabolique du neurone, les neuromodulateurs (ex : sérotonine, dopamine, acétylcholine) qui ajustent l’excitabilité globale, et l’historique d’activité (plasticité à court terme comme la facilitation ou la dépression). Cette intégration dynamique permet au neurone de filtrer le bruit, de détecter des motifs temporels, et d’adapter sa réponse au contexte. ### Plasticité à court terme - **Facilitation** : libération accrue de neurotransmetteur lors de stimulations rapprochées (résidu Ca²⁺ dans le bouton). - **Dépression** : épuisement des vésicules ou activation de récepteurs présynaptiques inhibiteurs. ### Rôle des neuromodulateurs > Ils ne déclenchent pas directement de potentiels d’action, mais modifient la probabilité de libération présynaptique, la sensibilité des récepteurs postsynaptiques, ou la conductance de canaux de fuite. Exemple : la dopamine dans le cortex préfrontal diminue la conductance de canaux K⁺ de fuite → augmente l’excitabilité → améliore la mémoire de travail. ### Exercice d’application Un neurone reçoit une entrée théta (4–8 Hz) de l’hippocampe et une entrée gamma (30–80 Hz) de l’amygdale. Comment l’intégration pourrait-elle favoriser une réponse émotionnelle forte ? **Correction :** L’entrée théta peut organiser des fenêtres d’excitabilité (via modulation des canaux ioniques). Si une entrée gamma arrive pendant la phase excitante du rythme théta, elle est sommée efficacement → seuil atteint. Cela permet au contexte émotionnel (amygdale) de gate le traitement de l’information hippocampique (mémoire). ### Exercice d’application 2 Pourquoi un neurone peut-il répondre différemment à la même entrée selon son état d’activation récente ? **Correction :** Grâce à la plasticité à court terme : - Après une série d’impulsions, le calcium résiduel facilite la libération → même entrée provoque un PSP plus grand (facilitation). - Après une activité intense, les vésicules sont épuisées → même entrée provoque un PSP plus petit (dépression). Ainsi, l’historique d’activité filtre le signal entrant. --- ## Synthèse du chapitre - Le potentiel de repos (–70 mV) est maintenu par les gradients d’ions (K⁺ élevé à l’intérieur, Na⁺ élevé à l’extérieur) et la perméabilité sélective au K⁺, avec contribution électrogène de la pompe Na⁺/K⁺-ATPase. - Le potentiel d’action est une réponse stéréotypée, tout-ou-rien, propagée sans atténuation, due à l’ouverture séquentielle de canaux Na⁺ puis K⁺ voltage-dépendants. - Dans les fibres myélinisées, la propagation est saltatoire et rapide grâce à l’isolation de la myéline et à la régénération aux nœuds de Ranvier. - Le potentiel d’action naît au cône axonique lorsque la somme des potentiels graded (dendritiques et somatiques) atteint le seuil (–55 mV). - À la synapse, le signal électrique déclenche la libération de neurotransmetteur, qui lie des récepteurs postsynaptiques pour produire des PSP (EPSP ou IPSP). - L’intégration neuronale somme les PSP dans l’espace et le temps pour décider du déclenchement d’un nouveau potentiel d’action au cône axonique. - Les substances exogènes (drogues, toxines) peuvent agir à chaque étape : synthèse, libération, liaison, dégradation, recapture du neurotransmetteur, ou fonction des canaux et récepteurs. - L’intégration est dynamique : modulée par l’état métabolique, les neuromodulateurs, et l’historique d’activité (plasticité à court terme). ## Glossaire - **Potentiel de repos** : différence de potentiel électrique à travers la membrane d’un neurone au repos (environ –70 mV). - **Potentiel d’action** : variation rapide, stéréotypée et propagée du potentiel membranaire, déclenchée au seuil. - **Cône axonique** : région initiale de l’axone, riche en canaux Na⁺ voltage-dépendants, site d’initiation du potentiel d’action. - **Fente synaptique** : espace extracellulaire de 20–40 nm entre le bouton présynaptique et la membrane postsynaptique. - **Neurotransmetteur** : molécule libérée par le neurone présynaptique qui lie des récepteurs sur la cellule postsynaptique. - **Récepteur ionotrope** : protéine qui forme un canal ionique directement ouvert par la liaison du neurotransmetteur. - **Récepteur métabotrope** : protéine couplée à une protéine G qui active des secondes messagers lors de la liaison du neurotransmetteur. - **Potentiel postsynaptique excitateur (EPSP)** : dépolarisation de la membrane postsynaptique due à l’ouverture de canaux cationiques ou fermeture de canaux anioniques. - **Potentiel postsynaptique inhibiteur (IPSP)** : hyperpolarization ou stabilisation de la membrane postsynaptique due à l’ouverture de canaux anioniques ou de canaux K⁺. - **Sommation spatiale** : addition de potentiels postsynaptiques provenant de synapses différentes activées simultanément. - **Sommation temporelle** : addition de potentiels postsynaptiques provenant de la même synapse activés successivement avant dissipation. - **Période réfractaire absolue** : intervalle suivant un potentiel d’action durant lequel aucun nouveau potentiel d’action ne peut être déclenché, même avec stimulus supraseuil. - **Période réfractaire relative** : intervalle suivant la période réfractaire absolue durant lequel le seuil est élevé en raison de l’hyperpolarisation résiduelle. - **Myéline** : gaine isolante formée par les cellules de Schwann (PNS) ou les oligodendrocytes (SNC), permettant la propagation saltatoire du potentiel d’action. - **Nœud de Ranvier** : segment non myélinisé de l’axone où se concentrent les canaux Na⁺ voltage-dépendants, site de régénération du potentiel d’action. - **Acétylcholinestérase** : enzyme qui hydrolyse l’acétylcholine dans la fente synaptique de la jonction neuromusculaire et des synapses cholinergiques. - **Transporteur de recapture** : protéine de la membrane présynaptique ou gliale qui récupère le neurotransmetteur de la fente synaptique pour le recycler ou le dégrader. - **Plasticité à court terme** : modification transitoire de l’efficacité synaptique liée à l’historique d’activité récente (facilitation ou dépression). - **Neuromodulateur** : substance qui ne déclenche pas directement de signaux électriques mais modifie l’excitabilité, la libération ou la sensibilité synaptique (ex : dopamine, sérotonine, acétylcholine). - **Shunting inhibition** : inhibition par augmentation de la conductance membranaire (ex : ouverture de canaux K⁺ ou Cl⁻), réduisant l’impact des courants excitateurs sans nécessairement hyperpolariser fortement. --- *Fin du cours de référence pour l’application OnBuch – Sciences – Terminale – Chapitre 7 : Fonctionnement des neurones*