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La communication cellulaire: la plaque motrice

Le par julienforsciencedans NeuroscienceLaisser un commentaire

Aujourd’hui nous finissons notre série d’article sur la communication neuronale. Précédemment, nous avons vu comment les neurones sont capables de communiquer entre eux, et comment ils s’envoient de l’information. Cette fois, nous verrons comment cette information est utilisée, notamment avec l’exemple de la plaque motrice.

Avant de comprendre comment utiliser l’information, il est important de comprendre d’où elle vient. En général, une information neuronale est une réponse à un stimulus externe. Par exemple, si quelqu’un nous touche, les neurones sensoriels de la peau vont créer une réponse électrique qui indique qu’on a été touchés. Cette information va être envoyée à plusieurs endroits: d’abord au cerveau pour l’informer du toucher, mais aussi aux autres neurones environnant, pour informer que ce toucher n’était pas douloureux, donc il ne faut pas qu’ils s’activent. Généralement le corps répond à un stimulus par créer un movement. Par exemple enlever sa main quand on touche quelque chose de chaud, utiliser nos muscles des poumons pour respirer, etc … Et presque tous les mouvements sont initiés par la plaque motrice [source].

La plaque motrice est une synapse un peu spéciale, car au lieu de neurones pré- et postsynaptiques, il y a un neurone présynaptique et un muscle. Quand le neurone présynaptique reçoit un potentiel d’action qui va traverser tout le long du neurone jusqu’à la plaque motrice. Là il va activer l’éjection des neurotransmetteurs. Dans ce cas-là, le neurotransmetteur utilisé est l’acétylcholine (Ach). Ach active son récepteur (appelé récepteur nicotinique), ce qui va causer l’entrée d’un flux d’ions dans le muscle. Cette fois-ci au lieu de causer un potentiel d’action, il va initier la contraction du muscle et la formation d’un mouvement [source].

L’exemple de la plaque motrice nous montre également l’importance des neurotransmetteurs. Selon le neurotransmetteur utilisé, la réponse peut être complètement différente. De la même façon, un neurotransmetteur peut avoir plusieurs récepteurs, et en fonction de celui qui est activé la réponse peut être différente. On peut trouver cette situation chez les neurones qu’on appelle neurone de type épineux de taille moyenne (NEM). Ces neurones font office de douane pour le mouvement, capable de soit l’autoriser soit l’interdire. Ces différences peuvent être expliquée par les récepteurs. Bien que tous les NEMs sont activés par la dopamine, certains expriment le récepteur de dopamine D1, qui va causer l’activation du mouvement, d’autres expriment le récepteur de dopamine D2, qui va causer l’inhibition du mouvement [source].

En conclusion, la communication neuronale est un concept très complexe qui mélange à la fois l’électricité et la chimie. Et même si le mécanisme de communication est presque toujours le même, certaines modifications sont capables de totalement modifier une réponse.

La communication cellulaire: les synapses

Le par julienforsciencedans NeuroscienceLaisser un commentaire

La semaine dernière nous avons vu comment un neuron est capable d’obtenir une information, et comment celle-ci se transforme en courant électrique. Aujourd’hui nous allons continuer de voir comment l’information se déplace, mais cette fois comment elle va d’un neurone à un autre, grâce à une structure appelée synapse.

La structure d’une synapse

La semaine dernière, on a vu qu’après avoir reçu une information, le neurone va créer un potentiel d’action à l’aide de flux d’ions. Ce potentiel d’action va ensuite se déplacer dans tout le neurone jusqu’à la fin de celui-ci, vers la synapse. une synapse est composée de deux neurones: celui qui envoie l’information (le neurone présynaptique), et celui qui la reçoit (le neurone postsynaptique). ces deux neurones sont extrêmement proche l’un de l’autre, et c’est cette proximité qui va permettre la transmission d’information. Par contre, ça ne sera plus sous forme électrique, mais chimique. Dans le neurone présynaptique, on peut trouver des « poches », qu’on appèle vésicules, qui contiennent des molécules appelée neurotransmetteurs. On a tous entendu parlé de certaines de ces molécules, notamment la sérotonine ou la dopamine. Ces neurotransmetteurs vont simplement transmettre une information au neurone postsynaptique, comme leur nom l’indique. Pour comprendre comment ils marchent, nous allons voir deux exemples: d’abord l’excitation d’un neurone, puis son inhibition [source / source / source].

L’excitation d’un neurone

Dans cet exemple, le neurone présynaptique à reçu l’information « d’activer » le neurone postsynaptique. On appelle ça l’excitation. Le potentiel d’action va traverser tout le neurone jusqu’à la synapse, puis va causer l’expulsion des neurotransmetteurs grâce encore une fois à l’influx d’ions Ca2+. Il existent beaucoup de neurotransmetteurs capables d’exciter un neurone, mais le plus commun dans le cerveau s’appelle le glutamate. Une fois les vésicules ouvertes, le glutamate va se trouver entre les deux neurones, prêt à l’action. À la surface du neurone postsynaptique, on peut trouver des récepteurs spécifiques au glutamate. Il y en a deux, appelés les récepteurs AMPA et NMDA. Le glutamate va s’attacher aux deux, mais le récepteur AMPA va s’activer en premier, causant un flux d’ions positifs dans le neurones. La combinaison du glutamate et du flux d’ions va ensuite activer le récepteur NMDA, qui va lui aussi causer un plus gros flux d’ions positif dans le neurone. On se retrouve avec énormément de charges positives dans le neurone, ce qui cause une dépolarisation, et la création d’un potentiel d’action, qui va lui aussi traverser le neurone pour recommencer le cycle vers un autre neurone [source / source / source].

L’inhibition d’un neurone

L’inhibition d’un neurone est très similaire à l’excitation, si ce n’est du résultat final. Comme son nom l’indique, l’information reçue par le neurone présynaptique va causer l’inhibition du neurone postsynaptique, l’empêchant de créer un potentiel d’action. Pour ce faire, on utilise un autre neurotransmetteur appelé GABA. Une fois GABA expulsé dans la synapse, il va s’attacher à son récepteur, logiquement appelé le récepteur GABA. Le récepteur lui aussi va causer un flux d’ions, mais cette fois ils seront négatifs. Généralement, c’est l’ion Cl- qui va entrer dans la cellule. Cela cause une surcharge négative, une hyperpolarisation, qui fait que le neurone aura plus de mal à créer un potentiel d’action [source / source / source].

L’apprentissage et la mémoire: comment être plus efficace.

Les synapses ont aussi un autre rôle très important: celui de créer l’apprentissage et la mémoire. En terme de fonction neuronale, l’apprentissage se traduit par un neurone plus rapide et efficace dans la transmission d’information. Il existe beaucoup de mécanismes liés à l’apprentissage et la mémoire, mais le plus commun est d’augmenter le nombre de récepteurs à la surface du neurone postsynaptique, plus précisément le récepteur AMPA. Quand il y a plus de récepteur AMPA, le neurone va se dépolariser plus rapidement, ce qui créé un potentiel d’action plus rapidement, et l’information se transmet plus vite. Cette forme d’apprentissage et de mémoire s’appelle la potentiation à long-terme (ou LTP), et c’est la base de toute forme de mémoire. Une autre forme de mémoire, appelée dépression à long-terme (ou LTD), enlève les récepteurs AMPA de la surface du neurone postsynaptique, le rendant plus lent [source / source].

On comprend donc comment une information peut aller d’un neurone à l’autre. Mais ensuite? Il est évident que l’information ne va pas voyager d’un neurone à l’autre indéfiniment, mais qu’elle va se rendre quelque part. La semaine prochaine, nous verrons où se rend cette information, et comment elle est utilisée. Plus précisément, nous parlerons de la jonction neuromusculaire, une synapse un peu spéciale capable de convertir un courant électrique en mouvement.

La communication cellulaire: Le cas particulier des neurones

Le par julienforsciencedans NeuroscienceLaisser un commentaire

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.

Image venant de Wikipedia Commons (https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Action_potential_schematic.png)

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.