Le cerveau : le neurone

Source : http://fr.wikipedia.org/wiki/Neurone

Le neurone est un type de cellule différenciée composant avec les cellules gliales le tissu nerveux. Ce sont les neurones qui constituent l'unité fonctionnelle du système nerveux, les cellules gliales assurant le soutien et la nutrition des neurones, et jouant comme on l'a découvert au début du XXIe siècle un rôle facilitant l'établissement de nouvelles connexions. Il y a environ neuf fois plus de cellules gliales que de neurones dans le cerveau. Le fait fut découvert au début du XXe siècle, et donna par déformations journalistiques successives naissance au mythe que « nous n'utiliserions que 10 % de notre cerveau pour penser ».

On estime que le système nerveux humain comprend environ 100 milliards de neurones. Les neurones permettent la transmission d'un signal que l'on nomme influx nerveux

Structure



Le neurone est composé d'un corps appelé péricaryon ou corps cellulaire ou encore Soma, et de prolongements (les fibres nerveuses) en nombres variables; les plus gros sont appelés axone et les plus petits, dendrites. Le nombre de ces prolongements détermine la forme du péricaryon : il peut être multipolaire (un prolongement afférent et plusieurs prolongement efférents), bipolaire (un prolongement afférent et un prolongement efférent), pseudo-unipolaire (prolongement unique qui se sépare à distance du péricaryon en un prolongement afférent et un prolongement efférent) ou unipolaire (un seul prolongement).
Le diamètre du corps des neurones varie selon leur type, de 5 à 120 μm. Il contient le noyau, bloqué en interphase et donc incapable de se diviser, et le cytoplasme. On trouve dans le cytoplasme le réticulum endoplasmique rugueux (formant les corps de Nissl des histologistes), les appareils de Golgi, des mitochondries et des neurofilaments qui se regroupent en faisceau pour former des neurofibrilles.
Les prolongements sont de deux types : l'axone, unique, et les dendrites.
L'axone (ou fibre nerveuse) a un diamètre compris entre 1 et 15 μm, sa longueur varie d'un millimètre à plus d'un mètre. Le cône d'émergence, région extrêmement riche en microtubules, est le point de départ de l'axone. Il est également appelé cône axonique ou zone gâchette du fait de son rôle premier dans la genèse des potentiels d'action axoniques. Il se prolonge sur un trajet plus ou moins long et se termine en se ramifiant (c'est l'arborisation terminale). Chaque ramification se termine par un renflement, le bouton terminal ou bouton synaptique. La membrane de l'axone, l'axolemme, contient l'axoplasme. L'axoplasme est le prolongement du cytoplasme du péricaryon. Il est constitué de neurofilaments, de microtubules et de microvésicules (celles-ci sont produites par le réticulum endoplasmique rugueux et les appareils de Golgi). Certains axones sont recouverts d'une gaine de myéline, formée par des cellules gliales, les cellules de Schwann dans le système nerveux périphérique, et les oligodendrocytes dans le système nerveux central. L'influx nerveux quitte le péricaryon par l'axone : c'est un prolongement efférent.
Les dendrites sont nombreuses (100000), courtes et très ramifiées dès le début. Elles sont parfois hérissées d'épines dendritiques. Contrairement à l'axone, elles ne contiennent pas de microvésicules. La dendrite conduit l'influx nerveux, induit à son extrémité, jusqu'au péricaryon : c'est un prolongement afférent.
Les axones sont rassemblés dans les nerfs.

Si le corps cellulaire était un pamplemousse, les dendrites auraient 2 à 5 cm de long, et l'axone 1 Km !

L'influx nerveux

Au repos, il existe une différence de potentiel négative (de l'ordre de -60 mV à -90 mV, c'est le potentiel de repos) entre la face interne de la membrane du neurone et sa face externe. Cette différence de potentiel vient d'une part d'une différence de concentration en ions entre l'intérieur et l'extérieur du neurone et d'autre part d'un courant ionique traversant la membrane du neurone. Ce dernier, appelé courant de fuite, est essentiellement dû aux ions potassiques qui sortent de la cellule en passant dans des canaux ioniques spécifiques du potassium constamment ouverts. L'influx nerveux se caractérise par une modification instantanée et localisée de la perméabilité de la membrane du neurone : des ions sodium (Na+) pénètrent dans la cellule en passant au travers de canaux ioniques sélectivement perméables au sodium. Le potentiel de membrane prend alors une valeur positive (environ +35 mV). Ce phénomène porte le nom de dépolarisation. Puis, très rapidement des ions potassium (K+) sortent de la cellule en passant au travers d'autres canaux ioniques, perméables au potassium. Le potentiel de membrane reprend alors une valeur négative : on parle de repolarisation. L'ensemble constitué par la dépolarisation suivie de la repolarisation s'appelle le potentiel d'action. Il ne dure que quelques millisecondes. Le potentiel d'action, ou influx nerveux, se propage de proche en proche le long de l'axone du neurone.

Les synapses

Le relais qui assure la transmission de l'influx nerveux est la synapse. Il existe deux sortes de synapse.

Les synapses électriques (jonction GAP ou jonction communicante), qui sont surtout retrouvées chez les invertébrés et les vertébrés inférieurs, rarement chez les mammifères.
Les synapses chimiques, très majoritaire, et quasi exclusive chez l'homme.
La synapse est constituée d'un élément présynaptique, d'une fente synaptique et d'un élément postsynaptique.

L'élément présynaptique est soit la membrane du bouton terminal de l'axone, soit la membrane d'un dendrite. C'est le lieu de synthèse et souvent d'accumulation du neuromédiateur. Il assure la libération du neuromédiateur sous l'influence d'un potential d'action. Il contient les vésicules présynaptiques, contenant le neuromédiateur. Il existe 4 types de vésicules:
Les vésicules arrondies à centre clair, sphérique de diamètre 40 à 60nm. Elles contiennent l'acétylcholine, l'acide glutamique, et la substance P
Les vésicules aplaties à centre clair, de forme plutôt ovales, avec une diamètre de 50nm. Elles contiennent le GABA et la glycine, donc des neurotransmetteurs inhibiteurs.
Les petites vésicules à centre dense, de forme sphériques, et de diamètre de 40 à 60nm. Elles contiennent la noradrénaline, la dopamine, et la serotonine.
Les grandes vésicules à centre dense, sphériques de 80 à 100nm de diamètre.
L'élément postsynaptique peut être la membrane d'un axone, d'un péricaryon, d'une dendrite, d'une cellule somatique (exemple : cellule musculaire). Suivant leur effet, on différencie les synapses excitatrices et les synapses inhibitrices. Il y a un épaississement de la membrane postsynaptique, qui devient très large et très dense (ceci permet, au microscope électronique, de repérer aisément le sens de propagation de l'information)
La fente synaptique, qui mesure environ 20nm de large. Elle est remplie de matériel dense parrallèle aux membranes.
D'habitude, le lieu initial de la dépolarisation est la membrane postsynaptique. L'influx nerveux se propage ensuite le long de la membrane de la dendrite puis du péricaryon en s'atténuant peu à peu. Si au niveau du cône d'émergence, le potentiel est suffisant (loi du tout ou rien), des potentiels d'action sont générés qui se propageront le long de l'axone sans déperdition. En arrivant à la membrane du bouton terminal, ils déclencheront la libération des microvésicules contenant les neurotransmetteurs, qui diffuseront dans la fente synaptique avant d'être captés par les récepteurs de la membrane postsynaptique.

La propagation de l'influx nerveux est un phénomène qui consomme de l'énergie, en particulier pour activer les pompes qui rétablissent l'équilibre ionique, après la re-perméabilisation de la membrane aux ions (fermeture des canaux ioniques). Cette énergie est fournie par la dégradation de l'adénosine-triphosphate (ATP) en adénosine-diphosphate (ADP). L'ATP sera ensuite regénéré par les mitochondries.

On peut classer topographiquement les différents types de synapses chimiques.

Axodendritique, les plus fréquentes,
Axosomatique,
Axoaxonique, pour la régulation du neurone postsynaptique,
Dendrodendritique et Dendrosomatique, pour le transfert latéral d'influx,
Somatosomatique.

Neurone formel

Un neurone formel est une représentation mathématique et informatique du neurone biologique. Il reproduit certaines caractéristiques biologiques, en particulier les dendrites, axone et synapses, au moyen de fonction et de valeurs numériques. Les neurones formels sont regroupés en réseaux de neurones. Grâce à des algorithmes d'apprentissage automatique, on peut régler un réseau de neurones pour lui faire accomplir des tâches qui relevent de l'intelligence artificielle.