Comment fonctionnent les neurones ?

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Les cellules nerveuses, ou neurones, sont les unités fonctionnelles de base du système nerveux. Plusieurs neurones interconnectés forment un circuit neuronal et utilisent des signaux électriques et chimiques pour transmettre rapidement des informations dans tout un organisme. Le système nerveux est divisé en deux parties : le système nerveux central (SNC) et le système nerveux périphérique (SNP). Le SNC comprend le cerveau et la moelle épinière, tandis que le SNP comprend des neurones qui se séparent du SNC et se connectent au reste du corps. En général, les neurones du SNP reçoivent et transportent des signaux dans le corps tandis que les neurones du SNC analysent les informations.

Types de neurones Neurones sensorielsLes corps cellulaires des neurones sensoriels sont situés dans les ganglions de la racine dorsale - des amas de corps cellulaires juste à l'extérieur de la moelle épinière - tandis que leurs extensions périphériques se déplacent dans tout le corps. Plus précisément, les neurones sensoriels sont activés par une entrée sensorielle via des récepteurs externes et internes spécifiques. Les récepteurs externes répondent aux stimuli à l'extérieur du corps et comprennent les récepteurs olfactifs, les récepteurs du goût, les photorécepteurs, les récepteurs des cheveux cochléaires, les thermorécepteurs et les mécanorécepteurs. Les récepteurs internes réagissent aux changements à l'intérieur du corps. Par exemple, ils peuvent détecter des changements dans les propriétés chimiques du sang ou réagir à des stimuli potentiellement dommageables en provoquant la perception de la douleur.1

MotoneuronesLe corps cellulaire d'un motoneurone est également souvent situé soit dans la moelle épinière, soit dans le tronc cérébral, avec des projections qui interagissent avec des organes tels que les muscles et les glandes. Les neurones moteurs supérieurs commencent généralement dans le cortex moteur du cerveau et interagissent avec les interneurones spinaux pour initier les circuits neuronaux qui génèrent le mouvement. Les neurones moteurs inférieurs proviennent de la moelle épinière et contrôlent directement ou indirectement le mouvement volontaire de certaines cibles telles que les muscles, les yeux, le visage et la langue.1

InterneuronesLes interneurones, également appelés neurones relais, relient plusieurs régions du système nerveux. Les interneurones sont les nœuds centraux des circuits neuronaux et permettent la communication entre les neurones sensoriels, les motoneurones et le SNC. Cette catégorie comprend la plus grande variété de neurones, qui sont impliqués dans le traitement de nombreux types d'informations différents, tels que les réflexes, l'apprentissage et la prise de décision. Les interneurones sont situés exclusivement dans le cerveau et la moelle épinière.1

Anatomie des neurones

Les neurones sont composés d'un corps cellulaire contenant le noyau, de dendrites qui reçoivent des signaux chimiques, électriques ou autres via des récepteurs ou via des jonctions lacunaires (connexions directes entre deux membranes), des axones qui propagent des potentiels d'action (voir ci-dessous) déclenchés par des signaux provenant de dendrites, et des gaines de myéline entourant l'axone qui accélèrent la propagation du potentiel d'action.

Les neurones peuvent également être classés en fonction de leur structure de base. Les neurones unipolaires ont un processus nerveux qui agit à la fois comme un axone et une dendrite, tandis que les neurones bipolaires ont à la fois un seul axone et une seule dendrite. Les neurones multipolaires ont un seul axone et plusieurs dendrites. Ce sont les neurones les plus courants trouvés dans le corps des mammifères.

Fonction neuronale SynapsesLes synapses neurales sont des jonctions entre neurones qui permettent la communication neuronale. Les synapses se présentent sous deux formes différentes : chimique et électrique.2

Les synapses chimiques communiquent en libérant des neurotransmetteurs, des molécules de signalisation qui sont stockées et libérées par les neurones via des vésicules synaptiques en réponse aux potentiels d'action et aux canaux calciques voltage-dépendants. Une fois qu'ils traversent l'espace entre les neurones (fente synaptique), les neurotransmetteurs interagissent avec les récepteurs excitateurs ou inhibiteurs de la cellule réceptrice pour générer des signaux excitateurs ou inhibiteurs. Les chercheurs ont identifié plus de 100 types de neurotransmetteurs, dont les plus courants sont le glutamate, l'acétylcholine, la glycine, la noradrénaline, la sérotonine, la dopamine et l'acide gamma-aminobutyrique (GABA).3

Les synapses électriques sont moins courantes que les synapses chimiques et se trouvent principalement dans le SNC. La fente synaptique dans une synapse électrique est beaucoup plus petite, ce qui permet aux neurones de faire passer les courants ioniques directement à travers les jonctions lacunaires. Pour cette raison, les synapses électriques fonctionnent plus rapidement que les synapses chimiques et permettent aux impulsions de se déplacer dans les deux sens à l'intérieur du neurone. Cependant, comme elles n'utilisent pas de neurotransmetteurs, les synapses électriques sont moins modifiables que les synapses chimiques.4

Potentiels d'actionEn règle générale, les neurones partagent des informations en produisant des événements électriques appelés potentiels d'action, également connus sous le nom d'influx nerveux, qui impliquent des changements rapides de tension à travers leur membrane. Lorsque la dendrite ou le corps cellulaire d'un neurone reçoit suffisamment d'entrées d'autres neurones via des synapses chimiques ou électriques et qu'un seuil particulier pour ce neurone est dépassé, le neurone est déclenché pour envoyer un potentiel d'action à travers son axone. Dans l'ensemble, les potentiels d'action sont des signaux tout ou rien car leur réponse est généralement de même amplitude et durée. La force et la durée d'un stimulus déterminent la fréquence des potentiels d'action produits. Plus un stimulus est fort et plus il dure longtemps, plus la fréquence du potentiel d'action est élevée, ce qui entraîne la transmission de plus d'informations le long du circuit neuronal. Par exemple, un stimulus sonore plus fort activera un plus grand nombre de potentiels d'action.5,6

Un potentiel d'action passe par trois phases après un événement déclencheur : dépolarisation, repolarisation et hyperpolarisation. Au repos, lorsqu'il n'envoie pas de signal, la membrane d'un neurone est polarisée, l'intérieur de la cellule étant plus chargé négativement que l'extérieur (potentiel de membrane négatif). Il y a une plus grande concentration en ions sodium à l'extérieur de la cellule et une plus grande concentration en ions potassium à l'intérieur de la cellule. L'ouverture et la fermeture des canaux ioniques modifient le potentiel de membrane. Lorsque le neurone est déclenché, il active les canaux sodiques voltage-dépendants au début de l'axone. Cela provoque un afflux d'ions sodium positifs dans la cellule, augmentant la tension et dépolarisant la membrane. Lorsque la tension augmente le long de l'axone, des canaux sodiques supplémentaires s'ouvrent, propageant le signal. La gaine de myéline composée de protéines et de substances grasses entoure les axones de certaines cellules nerveuses et agit comme un isolant, permettant aux potentiels d'action de se déplacer plus rapidement le long de l'axone. La repolarisation se produit une fois que le potentiel de membrane atteint une certaine tension positive. À ce stade, les canaux sodiques se ferment et les canaux potassiques s'ouvrent, permettant l'efflux d'ions potassium positifs et, par conséquent, un retour à un état de repos négatif de la membrane. Enfin, pendant l'hyperpolarisation, alors que les ions potassium positifs continuent de quitter la cellule, le potentiel de membrane du neurone devient plus négatif qu'à l'état de repos. C'est l'état réfractaire, qui limite la fréquence à laquelle les potentiels d'action peuvent être régénérés tout en garantissant qu'ils se déplacent dans une seule direction le long de l'axone. Suite à cela, les canaux potassiques finissent par se fermer et permettent au neurone de revenir au potentiel de membrane au repos.5,6

Neurones et maladie NeurodégénérescenceLa maladie neurodégénérative est complexe et presque tous les composants de la fonction neuronale peuvent être impliqués dans le processus neurodégénératif, y compris le dysfonctionnement des synapses ou des circuits neuronaux ainsi que la destruction de la myéline. La sclérose en plaques, la maladie d'Alzheimer, la maladie de Parkinson, la maladie à prion, la maladie de Huntington, l'amyotrophie spinale et l'ataxie spinocérébelleuse comptent parmi les maladies neurodégénératives les plus courantes. Ces troubles affectent des millions de personnes dans le monde et entraînent une diminution de la capacité à effectuer des tâches de base et complexes, notamment la parole, le mouvement et la cognition.7

Les maladies des motoneurones sont une forme de neurodégénérescence spécifique aux neurones qui contrôlent les activités musculaires, telles que la parole, la marche, la respiration et la déglutition. Les maladies courantes des motoneurones comprennent la sclérose latérale amyotrophique (SLA), la paralysie bulbaire progressive, la sclérose latérale primitive et l'atrophie musculaire progressive. Les perturbations des fonctions des motoneurones peuvent provoquer un affaiblissement progressif des muscles ou des contractions musculaires qui finissent par entraîner l'incapacité de contrôler les mouvements volontaires.7

Autres troubles neuronaux Les troubles neuronaux peuvent prendre d'autres formes. Les déclencheurs génétiques et environnementaux peuvent provoquer un développement neuronal anormal, entraînant des troubles tels que le syndrome de Down, le syndrome de l'X fragile (FXS), le syndrome de Rett et l'autisme. Les cancers à n'importe quel stade du développement ou de l'âge adulte peuvent également se développer dans les tissus nerveux ainsi que dans les tissus environnants, entraînant un dysfonctionnement cérébral général, notamment des convulsions, une faiblesse musculaire, des anomalies du champ visuel ou des changements soudains de personnalité. Enfin, un certain nombre d'agents pathogènes peuvent infecter les neurones ou les affecter avec leurs toxines, notamment le Clostridium botulinum (toxine du botulisme), le Clostridium tetani (toxine du tétanos), le poliovirus et le virus de la rage.8

Troubles de l'humeurLes principaux types de troubles de l'humeur comprennent la dépression majeure, la dysthymie (trouble dysthymique), le trouble bipolaire, les troubles de l'humeur résultant d'une affection médicale et les troubles de l'humeur induits par une substance. Alors que beaucoup de choses sont inconnues concernant la fonction neuronale et les troubles de l'humeur, les chercheurs ont découvert que les maladies dépressives sont associées à une perte neuronale spécifique à la région et à la rétraction des dendrites, ce qui entraîne des modifications de l'activité synaptique. Ceux-ci entraînent des déséquilibres des neurotransmetteurs qui sont spécifiquement impliqués dans la récompense, l'humeur et l'émotion.9

Les références