Fiche de révision : Intégration neuronale et potentiel d’action

📋 Plan du Cours

1. Codage des messages nerveux
2. Sommations des potentiels postsynaptiques
3. Sommations temporelle et spatiale
4. Potentiel gradué et seuil
5. Amplitude globale et fréquence nerveuse
6. Phases et propriétés du potentiel d’action
7. Phases du potentiel d’action
8. Propagation le long de l’axone
9. Myéline et vitesse de conduction
10. Distance entre les nœuds
11. Conduction unidirectionnelle

📖 1. Codage des messages nerveux

🔑 Notions clés & Définitions

• Message nerveux : Succession de potentiels d’action conduits le long de l’axone, dont la fréquence code l’information transmise par le neurone.

📝 Points essentiels

• Les potentiels d’action d’un même message ont la même amplitude, tandis que le nombre de potentiels d’action par unité de temps varie.

• Le potentiel de repos du neurone représenté est de -65 mV, et le potentiel de membrane devient transitoirement positif pendant un potentiel d’action.

💡 Astuce mémo

Même amplitude des potentiels d’action, fréquence différente des messages

📖 2. Sommations des potentiels postsynaptiques

🔑 Notions clés & Définitions

• Sommation spatiale : Addition des potentiels postsynaptiques produits simultanément par plusieurs synapses actives et conduits vers le segment initial de l’axone.

• Sommation temporelle : Addition de potentiels postsynaptiques générés à intervalles rapprochés dans le temps.

📝 Points essentiels

• Dans l’exemple de sommation spatiale, deux synapses excitatrices à l’acétylcholine produisent des PPSE par ouverture de canaux sodiques, tandis qu’une synapse inhibitrice au GABA produit un PPSI par ouverture de canaux chlorure.

• Dans l’exemple étudié, deux PPSE espacés de 10 ms restent distincts et ne se somment pas, tandis que deux PPSE espacés de 4 ms s’additionnent en un potentiel global sans générer de potentiel d’action.

• Dans l’exemple étudié, trois PPSE espacés de 2 ms s’additionnent pour former un potentiel global dont l’amplitude correspond à leur somme.

📖 3. Sommations temporelle et spatiale

★ À maîtriser

• Les PPSE et les PPSI produits aux différentes synapses du neurone postsynaptique s’additionnent par sommation spatiale pour former un potentiel global.

Compléments

• Les trains de potentiels d’action du premier neurone génèrent deux PPSI au niveau du neurone postsynaptique, trop espacés pour s’additionner par sommation temporelle.

• Les trains de potentiels d’action du deuxième neurone génèrent au moins six PPSE suffisamment rapprochés pour s’additionner par sommation temporelle.

💡 Astuce mémo

Le temps rapproche les PPS d’une synapse ; l’espace additionne les PPS de synapses différentes.

📖 4. Potentiel gradué et seuil

★ À maîtriser

📌 Un potentiel d’action est généré lorsque la dépolarisation de la région émettrice atteint ou dépasse le potentiel seuil.

Compléments

• Dans l’expérience, le potentiel de repos du neurone est de -70 mV et le potentiel seuil est de -55 mV.

• Dans l’expérience, les stimulations S1 à S3 produisent des potentiels gradués d’amplitude croissante, mais inférieure au seuil, et ne déclenchent pas de potentiel d’action.

• Les stimulations S4 à S6 produisent des potentiels gradués atteignant tous -55 mV, chacun immédiatement suivi d’un potentiel d’action.

📖 5. Amplitude globale et fréquence nerveuse

★ À maîtriser

• Lorsque le potentiel global dépasse le seuil, le neurone génère un message nerveux qui se propage le long de l’axone.

📌 Plus l’amplitude du potentiel global est importante, plus la fréquence des potentiels d’action générés est élevée.

Compléments

• Dans le premier cas expérimental, le message nerveux contient cinq potentiels d’action.

• Dans le deuxième cas expérimental, un potentiel global plus ample que dans le premier cas génère un message nerveux contenant quatorze potentiels d’action.

📖 6. Phases et propriétés du potentiel d’action

★ À maîtriser

• Le potentiel d’action comprend une dépolarisation avec inversion de polarité, une repolarisation, une hyperpolarisation, puis un retour progressif au potentiel de repos.

• Les variations du potentiel de membrane pendant un potentiel d’action sont dues à des flux d’ions sodium et potassium à travers des canaux voltage-dépendants.

📌 La formation d’un potentiel d’action nécessite au préalable un potentiel gradué dont la dépolarisation maximale atteint ou dépasse le potentiel seuil.

Compléments

• Hodgkin et Huxley ont enregistré en 1939 un potentiel d’action sur l’axone géant de calmar, dont le potentiel de repos était de -45 mV.

• Dans l’exemple de l’axone géant de calmar, le potentiel de membrane passe de -45 mV à +40 mV, puis atteint -60 mV lors de l’hyperpolarisation.

• Dans le modèle de l’axone géant de calmar, le potentiel d’action a une amplitude totale de 100 mV et dure environ 2,5 ms.

• La durée des potentiels d’action est inférieure à 1 ms dans la plupart des neurones.

💡 Astuce mémo

Dépolarisation → repolarisation → hyperpolarisation → retour au repos.

📖 7. Phases du potentiel d’action

★ À maîtriser

• Lorsque la membrane atteint localement le potentiel seuil, l’ouverture massive des canaux Na⁺ voltage-dépendants entraîne une entrée passive de Na⁺ selon son gradient de concentration.

• L’entrée massive de Na⁺ dépolarise fortement la membrane et inverse sa polarité, constituant la première phase du potentiel d’action.

• La diminution puis l’arrêt de l’entrée de Na⁺, associés à la sortie passive de K⁺ selon son gradient, provoquent la repolarisation de la membrane, deuxième phase du potentiel d’action.

Compléments

• Les canaux K⁺ voltage-dépendants s’ouvrent lorsque le potentiel membranaire atteint une valeur voisine de +20 mV, tandis que les canaux Na⁺ se referment progressivement.

• Les canaux K⁺ voltage-dépendants s’ouvrent lentement et tardivement, ce qui leur vaut le nom de canaux de la rectification retardée.

• À la fin de la repolarisation, certains canaux K⁺ restent ouverts et leur sortie excédentaire de K⁺ hyperpolarise légèrement la membrane avant le retour au potentiel de repos.

💡 Astuce mémo

Entrée de Na⁺ → dépolarisation ; sortie de K⁺ → repolarisation.

📖 8. Propagation le long de l’axone

★ À maîtriser

• Après la formation d’un potentiel d’action, les ions Na⁺ entrés se déplacent latéralement dans le cytosol sous la membrane et créent un courant électrique local qui dépolarise la membrane voisine.

• Si le courant local dépolarise suffisamment la membrane voisine pour atteindre le seuil, les canaux Na⁺ voltage-dépendants s’ouvrent et déclenchent un nouveau potentiel d’action dans cette portion de l’axone.

• La conduction du potentiel d’action le long de l’axone résulte de la génération successive de potentiels d’action de proche en proche par des courants locaux.

Compléments

• Pendant qu’un nouveau potentiel d’action se déclenche dans une portion voisine, la sortie de K⁺ repolarise la portion qui vient de produire le potentiel d’action précédent.

• Dans un axone non myélinisé, les courants électriques locaux s’atténuent sur de courtes distances.

• La gaine de myéline augmente la vitesse de conduction des potentiels d’action. - Purves et al, Neurosciences, 2015

💡 Astuce mémo

Courant local → seuil voisin → nouveau potentiel d’action.

📖 9. Myéline et vitesse de conduction

★ À maîtriser

• Dans un axone non myélinisé, les courants électriques s’atténuent sur de courtes distances et les canaux Na⁺ et K⁺ voltage-dépendants sont présents sur toute la longueur de l’axone.

• Dans un axone myélinisé, la myéline permet aux courants électriques de s’atténuer sur de plus longues distances. Les canaux Na⁺ voltage-dépendants sont concentrés aux nœuds de Ranvier, où les potentiels d’action se régénèrent, tandis que des canaux K⁺ voltage-dépendants sont notamment présents dans les régions juxtaparanodales, sous la myéline.

• La présence de myéline augmente la vitesse de conduction des potentiels d’action.

Compléments

• La formation de 3 potentiels d’action suffit à parcourir la portion d’axone myélinisé représentée, mais ne suffit pas pour parcourir la portion d’axone non myélinisé représentée.

💡 Astuce mémo

Axone myélinisé : nœuds espacés ; axone non myélinisé : sites rapprochés.

📖 10. Distance entre les nœuds

★ À maîtriser

• Dans la conduction saltatoire, les potentiels d’action se régénèrent à chaque nœud de Ranvier grâce aux courants électriques qui se déplacent entre deux nœuds presque sans atténuation.

📌 Si la distance entre deux nœuds de Ranvier non recouverts est doublée, les courants électriques s’atténuent trop pour déclencher un potentiel d’action au nœud suivant et la conduction du message nerveux s’arrête.

Compléments

• Lorsqu’un nœud de Ranvier est recouvert d’huile isolante, il ne peut plus former de potentiel d’action, ce qui double la distance que les courants électriques doivent parcourir entre les deux nœuds non recouverts suivants.

💡 Astuce mémo

Distance trop longue → courants trop atténués → arrêt du message.

📖 11. Conduction unidirectionnelle

🔑 Notions clés & Définitions

• Période réfractaire : Laps de temps pendant lequel les canaux Na⁺ voltage-dépendants restent inactivés après leur fermeture.

★ À maîtriser

📌 Pendant la période réfractaire, même si la membrane se dépolarise jusqu’au potentiel seuil, les canaux Na⁺ voltage-dépendants inactivés restent fermés et aucun potentiel d’action n’est généré.

• L’inactivation des canaux Na⁺ voltage-dépendants qui viennent de former un potentiel d’action empêche la propagation de revenir en arrière et rend la conduction unidirectionnelle vers l’arborisation terminale.

Compléments

• Lors de la propagation d’un potentiel d’action, seuls les canaux Na⁺ voltage-dépendants fermés depuis suffisamment longtemps pour être sortis de la période réfractaire peuvent s’ouvrir.

💡 Astuce mémo

PA formé → canaux Na⁺ inactivés → propagation vers l’avant.