Aujourd’hui nous allons discuter d’un mécanisme essentiel à la survie des hommes: la communication cellulaire. Les humains, comme tous les organismes multicellulaires, ont développé plusieurs mécanismes qui permettent à nos cellules d’interagir. Les cellules de la peau vont par exemple envoyer pleins de molécules pour prévenir d’un dangers. Les cellules immunitaires quant à elles vont souvent s’accrocher entre elles pour se transmettre des informations par le toucher. Les neurones sont des cas à part, qui est généralement considéré le plus rapide: ils utilisent l’électricité. Dans cet article, nous allons d’abord voir comment fonctionnent les courants électriques dans le cerveau, puis comment l’information à transmettre devient un courant électrique. La semaine prochaine, nous verrons comment ce courant électrique passe d’un neurone à l’autre, et comment ils l’utilisent.

Les ions, ou la base de tout courant

Afin de comprendre l’électricité en général, il est important de connaître le concept d’ion. Les atomes sont faits de trois petites particules: les neutrons (qui n’ont pas de charge électrique), les protons (qui ont une charge électrique positive), et les électrons (qui ont une charge électrique négative). Un atome est constitué du même nombre de protons et d’électrons, ce qui le rend électriquement neutre. Par exemple l’atome de sodium (qu’on not Na) possède 11 protons et 11 électrons, ce qui le rend neutre. Un ion c’est un atome qui possède une charge électrique, souvent parce que le nombre d’électrons est modifié. Dans notre exemple de Na, l’ion Na (noté Na+) possède 11 protons et 10 électrons, ce qui lui donne une charge positive. C’est la circulation des différents ions qui est la base de la communication neuronale. les ions les plus importants sont les ions potassium (K+), les ions calcium (Ca2+, ils perdent deux électrons). et les ions chloride (Cl-, ils gagnent un électron, et sont donc négatifs) [source / source].

L’électricité dans le cerveau

Avant de comprendre la communication neuronale, il est important de comprendre deux concepts en électricité. D’abord, il y a le voltage, ou potentiel, qui est possiblement le plus complexe. Officiellement, on définit le voltage comme étant la quantité électrique nécessaire pour bouger une charge d’un point à l’autre. Plus simplement, le voltage c’est la différence électrique entre deux points. Dans le cas des neurones, on compare l’intérieur du neurone à l’extérieur. L’intérieur du neurone est généralement négatif alors que l’extérieur est positive, ce qui nous donne un voltage de -70 millivolts (ou mV) quand le neurone est au repos. Du coup, pour bouger une charge électrique de l’intérieur à l’extérieur, on aurait besoin d’une grande quantité d’électricité négative. Le deuxième concept est celui de courant. Un courant, ca mesure combien d’électricité se déplace d’un point à l’autre. Si beaucoup d’ions positifs parcourt une distance, le courant sera très positif, et inversement pour les ions négatifs [source / source].

Le concept du potentiel d’action

Quand il n’y a aucune information transmise, les neurones ont un voltage de -70 mV, et un courant net de 0 picoampères (ou pA). On précise que le courant net est nul parce que les ions entrent et sortent de la cellule même au repos. Simplement, pour chaque ion positif qui entre, un ion de la même charge sort, ce qui cause un courant net de 0. L’intérieur et l’extérieur des neurones ont des compositions ioniques très différentes. L’intérieur possède bien plus de K+, alors que l’extérieur est composé de plus de Na+, Ca2+ et Cl-. Quand le neurones est stimulé, il va transformer l’information en potentiel d’action, qui est représenté ci-dessous.

Au numéro 1, le neurone est au repos. Quand il est stimulé, un grand nombre de Na+ va rentrer dans la cellule. Comme on le voit à 2, le nombre est si grand qu’il va changer le voltage, qui devient +40 mV. C’est le principe de la dépolarisation. À 3, les ions Na+ ne peuvent plus rentrer dans la cellule. De plus, le neurone va se débarrasser de beaucoup d’ions K+, qui vont sortir de la cellule. Cela va causer une réduction du voltage vers son voltage de repos. C’est ce qu’on appelle la repolarisation. Cependant, le voltage va descendre encore plus bas que -70 mV. C’est ce qu’on appelle l’hyperpolarisation, et cela empêche le neurone de produire trop de potentiels d’action, parce que ca pourrait le nuire. Enfin, à 4, le neurone est de retour à son potentiel de repos. Les potentiels d’action se ressemblent tous, et vont traverser tout le neurone jusqu’à une structure à la fin du neurone qu’on appelle la synapse [source / source / source / source].

La communication neuronale est complexe, mais possède beaucoup d’avantages, notamment la rapidité. Aujourd’hui nous avons seulement vu comment l’information est transformé en courant électrique. La semaine prochaine, nous verrons comment ce potentiel d’action se déplace d’un neurone à l’autre, notamment grâce aux synapses. On verra également comment le neurone est capable d’interpréter cette information, et ce qu’il en fait vraiment.