Fiche de révision : Fonctionnement du système nerveux

📋 Plan du Cours

1. Organisation du système nerveux
2. Substance grise, substance blanche et ganglions
3. Nerfs spinaux et crâniens
4. Communication synaptique et transport axonal
5. Potentiel d’action et période réfractaire
6. Conduction saltatoire et vitesse nerveuse
7. Transmission synaptique et neurotransmetteurs
8. Enregistrements corticaux et somatotopie
9. Champs récepteurs corticaux
10. Plasticité du système nerveux

📖 1. Organisation du système nerveux

🔑 Notions clés & Définitions

• Système nerveux central : Ensemble cerveau et moelle épinière, siège de l’intégration des informations et de la fabrication des commandes.
• Système nerveux périphérique : Ensemble nerfs et ganglions, chargé de faire circuler l’information entre le milieu et le système nerveux central.
• Vie de relation : Capacité à percevoir le monde extérieur et à agir sur lui grâce aux circuits nerveux reliant récepteurs, intégration et motricité.
• Ganglion nerveux : Amas de corps cellulaires neuronaux formant un renflement, rencontré le long des racines dorsales et sur certains nerfs crâniens sensitifs.
• Effecteurs : Organes qui reçoivent les commandes nerveuses, notamment muscles striés pour la motricité somatique et muscles lisses/cœur/glandes pour la régulation végétative.

📝 Points essentiels

• Le système nerveux capte un stimulus via des récepteurs sensoriels puis transmet l’information au SNC pour traitement et sommation des informations.
• Le SNC élabore des commandes motrices vers les effecteurs, assurant la réponse à l’environnement et au milieu intérieur.
• Le système nerveux somatique contrôle les muscles striés squelettiques et permet des mouvements volontaires du squelette en réponse au stimulus.
• Le système nerveux végétatif régule les fonctions involontaires en agissant sur muscles lisses, cœur et glandes, pour maintenir l’équilibre du milieu intérieur.
• Les informations sensorielles issues du milieu extérieur rejoignent le SNC via la voie somatique, tandis que celles du milieu intérieur y parviennent via la voie végétative.

💡 Astuce mémo

Stimulus → Récepteurs → SNC (intègre/somme) → Commandes → Effecteurs (somatique = muscles striés, végétatif = organes du milieu intérieur).

📖 2. Substance grise, substance blanche et ganglions

🔑 Notions clés & Définitions

• Substance blanche : La substance blanche est constituée d’axones regroupés en faisceaux, entourés d’une gaine de myéline de nature lipidique.
• Substance grise : La substance grise correspond à des amas de corps cellulaires de neurones regroupés en différentes zones.

📝 Points essentiels

• Le corps calleux relie les deux hémisphères et assure la communication interhémisphérique.
• Dans l’organisation du SNC, la substance grise participe au traitement de l’information tandis que la substance blanche assure surtout la conduction des messages.
• Les nerfs contiennent des fibres « blanches », mais ne sont pas de la substance blanche puisqu’ils sont des structures périphériques.
• Les ganglions se distinguent par leur position et leur contenu : ils regroupent des corps cellulaires de neurones et sont associés aux racines dorsales sensorielles.

📖 3. Nerfs spinaux et crâniens

🔑 Notions clés & Définitions

• Moelle épinière : La moelle épinière est une voie de passage des informations entre le cerveau et le reste du corps, via des axones organisés en trajets.
• Décussation : La décussation correspond au croisement partiel des fibres nerveuses, ce qui inverse le lien cerveau↔côté du corps contrôlé.
• Arc réflexe : L’arc réflexe est un circuit nerveux qui permet à la moelle épinière de déclencher rapidement un réflexe sans attendre l’intervention consciente.
• Tronc cérébral : Le tronc cérébral est une structure située sous le cervelet qui contient des voies de passage et des noyaux impliqués dans des fonctions vitales.

📝 Points essentiels

• La moelle épinière assure le trajet des axones entre le cerveau et le corps en servant aussi de site de relais synaptiques.
• Les fibres peuvent se croiser (décussation), ce qui explique que le cerveau droit contrôle le côté gauche du corps et inversement.
• L’information nerveuse circule par relais entre neurones via des synapses présentes dans la moelle et le cerveau.
• La moelle épinière gère les réflexes spinaux grâce à l’arc réflexe.
• Le tronc cérébral comprend mésencéphale, pont et bulbe et constitue une voie de passage majeure entre moelle et cerveau.
• Le tronc cérébral participe à la vigilance, au cycle veille-sommeil, ainsi qu’au contrôle de l’équilibre et de la posture.

💡 Astuce mémo

Décussation = “croisement” : cerveau droit ↔ côté gauche, cerveau gauche ↔ côté droit.

📖 4. Communication synaptique et transport axonal

🔑 Notions clés & Définitions

• Transport axonal : Le transport axonal est la transmission du message le long de l’axone, depuis le site de génération du signal vers ses cibles.
• Motoneurone supérieur : Le motoneurone supérieur est une cellule du cortex qui envoie des axones vers la moelle pour commander la motricité.
• Motoneurone inférieur : Le motoneurone inférieur est la cellule de la moelle dont l’activation commande directement les muscles via ses sorties.

📝 Points essentiels

• Un potentiel d’action peut être déclenché par une stimulation synaptique, pas seulement par une stimulation électrique directe.
• Quand il est généré, le potentiel d’action dure environ 1–2 ms et fait passer le potentiel de membrane de −60/−70 mV vers près de +40 mV.
• La fréquence des potentiels d’action augmente quand la cellule code une information par l’activité de base.
• Les commandes motrices descendent de l’axe cortical vers la moelle, puis font relais avec les motoneurones inférieurs avant d’activer les muscles.
• La majorité des fibres issues des motoneurones supérieurs croisent lors de la décussation, ce qui explique le contrôle du côté opposé du corps.

📖 5. Potentiel d’action et période réfractaire

🔑 Notions clés & Définitions

• Potentiel d’action : Phénomène électrique bref où la membrane subit une inversion transitoire de polarité quand la stimulation dépasse un seuil.
• Seuil de genèse : Niveau minimal d’intensité de stimulation nécessaire pour déclencher un potentiel d’action au lieu d’un simple courant passif.
• Principe du tout ou rien : Règle selon laquelle un potentiel d’action déclenche se fait avec la même amplitude, quelle que soit l’intensité au-dessus du seuil.
• Période réfractaire : Fenêtre de quelques millisecondes après le passage du potentiel d’action où aucun nouveau potentiel d’action ne peut être déclenché sur l’axone.

📝 Points essentiels

• Un potentiel d’action correspond à un saut rapide du potentiel de membrane d’environ −60/−70 mV vers près de +40 mV sur 1 à 2 ms.
• Si l’intensité est trop faible, on observe un courant passif local de faible amplitude qui s’atténue et ne déclenche pas d’activation en potentiel d’action.
• Quand l’intensité dépasse le seuil, l’amplitude du potentiel d’action reste identique et seule la fréquence de décharge augmente ensuite avec l’intensité.
• Le potentiel d’action se propage sans atténuation le long de l’axone, avec une vitesse $V$ calculable par $V=\dfrac{\text{distance (m)}}{\text{temps (s)}}$.
• La période réfractaire est due à l’inactivation des canaux sodiques voltage-dépendants, ce qui empêche un nouveau potentiel d’action et donc la propagation en arrière pendant quelques millisecondes.

💡 Astuce mémo

Tout seuil déclenche même « choc » (tout ou rien) ; après, l’axone est « verrouillé » quelques ms (réfractaire).

📖 6. Conduction saltatoire et vitesse nerveuse

🔑 Notions clés & Définitions

• Conduction saltatoire : La conduction saltatoire est une propagation du potentiel d’action de nœud en nœud de Ranvier, grâce à des courants locaux qui activent successivement des canaux voltage-dépendants.
• Vitesse nerveuse : La vitesse nerveuse correspond à la vitesse de propagation du potentiel d’action le long de l’axone, calculée à partir de la distance et du temps de trajet.

📝 Points essentiels

• Un potentiel d’action se propage sans diminution d’amplitude, mais avec un délai qui augmente avec la distance, ce qui permet d’obtenir $V=\frac{\text{distance (m)}}{\text{temps (s)}}$.
• Dans l’axone myélinisé, les canaux Na$^+$ et K$^+$ voltage-dépendants sont à forte densité aux nœuds de Ranvier, et le potentiel d’action « saute » de nœud en nœud.
• La myéline augmente la vitesse de conduction, et chez les axones myélinisés la vitesse augmente aussi avec le diamètre de l’axone.
• Une période réfractaire dure quelques millisecondes, car l’inactivation des canaux Na$^+$ dépendants du voltage empêche le déclenchement d’un autre potentiel d’action pendant la repolarisation.
• La période réfractaire empêche la propagation en arrière du potentiel d’action grâce à un blocage temporaire des canaux, qui disparaît à la repolarisation.

💡 Astuce mémo

Myéline = autoroute aux nœuds : le PA saute de nœud en nœud grâce aux courants locaux.

📖 7. Transmission synaptique et neurotransmetteurs

🔑 Notions clés & Définitions

• Fente synaptique : Espace entre la terminaison présynaptique et la membrane postsynaptique où les neurotransmetteurs agissent.
• Exocytose des neurotransmetteurs : Processus par lequel la fusion des vésicules avec la membrane libère les neurotransmetteurs dans la fente synaptique.
• PPSE : Potentiel postsynaptique excitateur qui rapproche le neurone du seuil en modifiant son potentiel de membrane.
• PPSI : Potentiel postsynaptique inhibiteur qui éloigne le neurone du seuil d’excitabilité en modifiant son potentiel de membrane.

📝 Points essentiels

• Le potentiel d’action arrive aux terminaisons synaptiques et le $Ca^{2+}$ déclenche la fusion vésiculaire, puis l’exocytose des neurotransmetteurs dans la fente synaptique.
• La quantité libérée augmente avec la fréquence des potentiels d’action du neurone présynaptique.
• Les récepteurs ionotropiques modifient directement les canaux ioniques postsynaptiques, produisant soit un PPSE par entrée d’ions positifs, soit un PPSI par entrée d’ions négatifs.
• L’acétylcholine est synthétisée dans la terminaison, dégradée par l’acétylcholinestérase, puis la choline est recaptée pour être réutilisée.
• Le glutamate provoque un PPSE en ouvrant des canaux à $Na^+$ après fixation, puis il peut être recapté ou transformé en glutamine par les astrocytes.
• Le GABA induit un PPSI en ouvrant des canaux à $Cl^-$, et il est recapté par les neurones ou les cellules gliales plutôt que dégradé enzymatiquement.

💡 Astuce mémo

$Ca^{2+}$ = la clé : il déclenche la fusion des vésicules et donc la libération des neurotransmetteurs.

📖 8. Enregistrements corticaux et somatotopie

🔑 Notions clés & Définitions

• Somatotopie corticale : Organisation du cortex moteur et somesthésique où des zones distinctes correspondent à des parties différentes du corps.
• Cartographie du cortex : Répartition spatiale des représentations corporelles dans le cortex, issue de l’activité neuronale enregistrée suite à la stimulation.
• Réorganisation corticale : Modification de la représentation d’une région du corps dans le cortex, qui peut survenir après une lésion ou un changement d’usage.
• Plasticité dépendante de l’expérience : Capacité du réseau cortical à changer sa connectivité et son activité en réponse à des apprentissages, puis à revenir partiellement quand l’entraînement cesse.

📝 Points essentiels

• Après amputation d’un doigt chez le singe, la zone corticale correspondante est réattribuée à d’autres doigts.
• Chez l’humain, une amputation peut entraîner une réorganisation des aires cérébrales, et une greffe peut aider à rétablir des zones motrices perdues.
• La modification corticale liée à un apprentissage sensorimoteur (jongler) apparaît avec un épaississement des aires visuelles et motrices après 3 mois, puis une régression après arrêt.
• Les changements de l’organisation corticale reposent sur des remaniements des connexions (dendrites/axones), la formation de nouvelles synapses et la réorganisation des réseaux.
• Le cortex adulte peut aussi se remodeler en fonction de l’expérience, même si la plasticité est plus limitée que durant le développement.
• Une ancienne idée sur la neurogenèse adulte est contredite par le fait que de nouveaux neurones sont produits notamment dans l’hippocampe, à hauteur d’environ 700 par jour.

💡 Astuce mémo

Somatotopie = « doigts à la carte » : quand un doigt disparaît, le cortex le redistribue à d’autres ; l’entraînement épaissit puis l’arrêt fait régresser.

📖 9. Champs récepteurs corticaux

🔑 Notions clés & Définitions

• Champ récepteur cortical : Zone de stimulation dont dépendent la réponse d’un neurone cortical et son niveau d’excitabilité.
• Organisation centre excitateur périphérie inhibitrice : Disposition des champs récepteurs où la stimulation du centre augmente l’activité, tandis que la stimulation de la périphérie la diminue.
• Interneurones inhibiteurs : Neurones locaux qui recrutent une inhibition quand une stimulation atteint surtout la périphérie du champ récepteur.
• Champs récepteurs complexes : Champs récepteurs qui ne sont pas circulaires et qui sélectionnent des caractéristiques du stimulus, comme son orientation.

📝 Points essentiels

• Les neurones corticaux simples ont souvent un centre excitateur et une périphérie inhibitrice, expliqués par l’action d’interneurones inhibiteurs très nombreux.
• Une stimulation placée au centre active directement le neurone étudié, tandis qu’une stimulation en périphérie active des neurones voisins qui inhibent ce neurone.
• Des neurones corticaux complexes peuvent avoir des champs récepteurs allongés sensibles à l’orientation, comme pour un stimulus tenu dans la main.
• Les champs récepteurs complexes résultent généralement de la combinaison de plusieurs champs récepteurs simples.
• Plus globalement, les neurones du cortex possèdent un champ récepteur associé à une zone du corps, avec fréquemment un centre excitateur et une périphérie inhibitrice.

💡 Astuce mémo

Centre excite, périphérie inhibe : ce que tu touches au milieu déclenche, ce que tu touches autour freine.

📖 10. Plasticité du système nerveux

🔑 Notions clés & Définitions

• Plasticité : Propriété du système nerveux qui lui permet de modifier son organisation et ses connexions au fil du temps.
• Plasticité développementale : Capacité du cortex à se réorganiser sous l’influence d’expériences sensorielles précoces pendant le développement.
• Période critique : Fenêtre temporelle où le cortex est particulièrement flexible et se réorganise fortement si certaines stimulations manquent.
• Réorganisation après lésion : Transformation de l’organisation corticale suite à une atteinte, avec parfois une zone d’abord rendue silencieuse puis reconquise lors de la repousse.

📝 Points essentiels

• La plasticité est forte au début de la vie, puis se poursuit tout au long de l’existence, notamment via l’apprentissage et la récupération après atteinte.
• Après une lésion, le corps cellulaire détruit entraîne une mort cellulaire, tandis que la repousse de l’axone ou des dendrites permet un retour à la place en environ 3 mois.
• Chez le raton, l’absence précoce de certaines vibrisses entraîne une réorganisation des zones du cortex somesthésique, intégrées aux aires restantes qui s’agrandissent.
• L’expérience de Blakemore et Cooper montre qu’un environnement limité à des lignes verticales ou horizontales chez des chatons peut provoquer des déficits de perception des formes et des bords, avec récupération partielle possible.
• Chez l’adulte, une zone corticale peut devenir silencieuse puis se réorganiser lors de la repousse nerveuse, sous l’effet de l’activité et des stimulations.
• Des différences génétiques, environnementales et d’apprentissage expliquent des variations individuelles, car une stimulation fréquente renforce les aires correspondantes, par exemple chez les musiciens.

💡 Astuce mémo

Raton et vibrisses : sans stimulation précoce, le cortex se recarte et grossit les zones voisines.

📊 Tableaux de synthèse

Voies et fonctions : système somatique vs végétatif

Substance grise vs substance blanche

⚠️ Pièges & confusions fréquents

1. Confondre “PPSE” et “PPSI” : PPSE rapproche du seuil par dépolarisation, PPSI éloigne le seuil par hyperpolarisation.
2. Croire que l’intensité au-dessus du seuil change l’amplitude du PA : selon le “tout ou rien”, seule la fréquence augmente.
3. Penser que les nerfs constituent la substance blanche : ce sont des structures périphériques contenant des fibres dites “blanches” mais pas de la substance blanche du SNC.
4. Oublier l’idée d’orientation sensorielle : une stimulation en périphérie d’un champ récepteur peut inhiber le neurone via des interneurones.
5. Interpréter la période réfractaire comme un arrêt “sans propagation” seulement vers l’avant : elle empêche surtout aussi la propagation en arrière grâce à l’inactivation des canaux Na+.
6. Confondre myéline et nœuds de Ranvier : les canaux Na+ et K+ voltage-dépendants sont surtout aux nœuds, le PA “saute” nœud en nœud.
7. Mélanger distribution ionique et potentiel mesuré : l’intérieur est globalement négatif (Vm repos ~ −65 mV) malgré la neutralité globale des milieux intra/extra.

✅ Checklist Examen

1. Décrire le trajet général : stimulus → récepteurs sensoriels → SNC (traitement/sommation) → commandes motrices → effecteurs, en distinguant somatique vs végétatif.
2. Expliquer substance grise vs substance blanche (composant et rôle) et pourquoi les nerfs ne sont pas assimilés à la substance blanche.
3. Présenter racines dorsale (sensorielle + ganglion spinal) et ventrale (motrice) des nerfs spinaux et le rôle de la décussation dans le contrôle croisé du corps.
4. Expliquer l’arc réflexe et le rôle de relais synaptiques de la moelle dans les réflexes spinaux.
5. Définir et situer les parties du tronc cérébral (mésencéphale, pont, bulbe) et citer ses rôles (vigilance, veille-sommeil, équilibre/posture).
6. Décrire le potentiel membranaire au repos : rôle de la pompe Na+/K+-ATPase, canaux de K+ (courant de fuite) et valeur approximative de Vm repos (~ −65 mV).
7. Décrire un PA : seuil de genèse, principe du tout ou rien (amplitude constante), durée (1–2 ms) et courbe Vm de ~ −60/−70 mV vers ~ +40 mV.
8. Expliquer la période réfractaire (inactivation des canaux Na+ dépendants du voltage) et dire pourquoi elle empêche un nouveau PA et la propagation en arrière.
9. Expliquer la conduction saltatoire (nœuds de Ranvier, “saut” de nœud en nœud, rôle de la myéline) et l’impact du diamètre de l’axone.
10. Décrire la transmission synaptique chimique : arrivée du PA, Ca2+ déclenche la fusion vésiculaire, PPSE/PPSI via récepteurs ionotropiques, dépendance à la fréquence et arrêt par dégradation/recapture selon le neurotransmetteur.
11. Comparer sommation spatiale vs temporelle et préciser le rôle de la dépolarisation atteignant environ −50 mV pour déclencher un PA.
12. Identifier les dispositifs de protection/nutrition du SNC : méninges et LCR (dure-mère, arachnoïde + espace sous-arachnoïdien, pie-mère), puis la barrière hémato-encéphalique (jonctions serrées + pieds astrocytaires + transporteurs).