De l’influx nerveux à la synapse : comprendre la transmission neuronale – Niveau 1
QUIZ
💡 Comment les neurones génèrent de l’électricité
Dans un fil électrique, le courant est produit par le mouvement coordonné des électrons libres qui avancent dans la même direction, en se repoussant mutuellement. Ce déplacement est guidé par une différence de potentiel (souvent créée par une pile ou un générateur).
Chez les neurones, c’est un peu différent : ce ne sont pas des électrons, mais des mouvements d’ions (comme Na⁺, K⁺) qui génèrent des signaux électriques. Et deux types de protéines membranaires sont essentielles pour orchestrer ces mouvements :
🌀 1. Les canaux ioniques
Ces protéines sont intégrées dans la membrane du neurone. Elles s’ouvrent et se ferment comme des portes, laissant passer certains ions.
Exemple:
Les canaux ioniques calciques = Ce sont des canaux qui ne s’ouvrent que pour les ions calcium (CA2+).
Résultat : les ions entrent ou sortent, et ce flux crée des variations de charge électrique → Ils maintiennent la perméabilité sélective. C’est-à-dire, le fait qu’une catégorie de ions ne passera pas ou moins en quantité, par rapport à d’autres. Et, c’est entre autres cette perméabilité sélective qui va pouvoir générer un potentiel d’action, de l’électricité.
🔋 2. Les transporteurs actifs
Eux, ils ne laissent pas passer passivement les ions. Ils utilisent de l’énergie (ATP) pour pousser les ions à contre-courant de leur gradient, en gros il déséquilibre les quantités à l’extérieur et à l’intérieur de la membrane du neurone. Leur rôle est de maintenir les différences de concentration (gradient de concentration) entre l’intérieur et l’extérieur du neurone — un peu comme une pompe qui maintient un réservoir plein d’un côté.
⚡ Ensemble, ils créent l’électricité neuronale
Les canaux et transporteurs actifs travaillent ensemble :
- Les transporteurs créent les conditions de déséquilibre (les gradients),
- Les canaux permettent aux ions de se déplacer.
Ce travail complémentaire est à la base de l’excitabilité neuronale, du potentiel d’action et de toute la communication électrique dans le cerveau.
🧗♂️ 1. La pente de montagne
Imagine une montagne :
- En haut : beaucoup de billes
- En bas : aucune bille
🔁 Monter les billes en haut = ça coûte de l’énergie (transporteurs actifs).
⬇️ Laisser descendre = diffusion passive (canaux ioniques).
Base ionique du potentiel d’action:
Le potentiel d’action (PA) est un signal électrique que les neurones utilisent pour transmettre de l’information. Ce signal résulte des mouvements d’ions à travers la membrane neuronale, principalement de deux acteurs majeurs : les ions sodium (Na⁺) et potassium (K⁺).
Dans un neurone au repos, la concentration de K⁺ est élevée à l’intérieur de la cellule, tandis que celle de Na⁺ est élevée à l’extérieur. Cette différence crée un potentiel de repos autour de -70 mV (millivolts).
La dépolarisation
Quand une stimulation (ex : mémoire, bouger son corps…) atteint le neurone et dépasse un certain seuil, cela provoque l’ouverture des canaux Na⁺. Les ions sodium entrent massivement dans la cellule (le neurone), ce qui rend l’intérieur de la membrane temporairement plus positif que l’extérieur. Ce phénomène s’appelle la dépolarisation. C’est l’étape qui va créer le signal électrique.
🔄 Repolarisation
Rapidement après, les canaux Na⁺ se ferment et les canaux K⁺ s’ouvrent et découle doucement. Le potassium rentre dans la cellule, ce qui permet de rétablir la charge négative à l’intérieur de la membrane.
🔻 Hyperpolarisation
La sortie de K⁺ se poursuit un peu trop longtemps, ce qui rend l’intérieur de la cellule encore plus négatif que le potentiel de repos, en dessous encore de -70 mV (qui est le potentiel de repos). C’est ce qu’on appelle l’hyperpolarisation. Cette phase rend temporairement le neurone non excitable, c’est-à-dire qu’il sera impossible de déclencher un nouveau potentiel d’action immédiatement après.
⚖️ La loi du tout ou rien
L’amplitude d’un potentiel d’action est toujours la même, quel que soit le stimulus, tant qu’il atteint le seuil. Autrement dit, soit un potentiel d’action est déclenché, soit il ne l’est pas : il n’y a pas de « petit » ou de « gros » potentiel d’action.
🔑 Les clés du potentiel d’action
Les changements de perméabilité aux ions Na⁺ et K⁺ sont nécessaires et suffisants pour générer un potentiel d’action. C’est ce jeu d’ions qui crée l’influx nerveux, base de la communication neuronale.
Résumé:
- Entrée de NA+ massive
- Arrêt de NA+ et entrée de K+ lente
- Les canaux K+ restent ouvert, hyperpolarisation
- Période réfractaire, le neurone n’est pas excitable tout de suite, il lui faut un temps de repos (entre 1 et 4 ms)
⚡ Propagation du potentiel d’action dans un neurone
Le potentiel d’action se propage localement le long de la membrane du neurone. Concrètement, un potentiel d’action apparaît sur une région de la membrane où se trouvent des canaux ioniques. Ce signal électrique se transmet ensuite aux zones voisines, toujours sur la même membrane, créant une vague de dépolarisation qui avance progressivement.
(Les canaux NA+ s’ouvre, crée un signal électrique, se propage passivement aux autres canaux ioniques, puis propagation active quand ils recréent un potentiel d’action (donc laisse rentrer à leur tour beaucoup de NA+), et ainsi de suite)
🦘 La conduction saltatoire : le « saut » d’un nœud de Ranvier à un autre
Vu que les neurones restent de faibles conducteurs, il existe la gaine de myéline. C’est une gaine isolante qui permet au courant propagé par les neurones de ne pas se perdre et d’aller plus vite. Dans ces neurones, la propagation agit par conduction saltatoire. Organisée par des espaces appelés nœuds de Ranvier.
- Les canaux sodiques nécessaires à la génération du potentiel d’action se trouvent uniquement au niveau de ces nœuds.
- Le potentiel d’action « saute » donc de nœud en nœud, car le courant électrique ne peut traverser la membrane qu’à ces points précis. (En réalité, il ne saute pas vraiment. Il se propage passivement dans le neurone entouré de myéline puis recrée un potentiel d’action à chaque noeud de Ranvier)
🚀 La taille, un facteur de vitesse
Enfin, plus le diamètre de l’axone est important, plus la propagation du signal est rapide. Cela s’explique par une résistance interne plus faible au passage du courant électrique.
📊 Comparaison des vitesses en fonction de la myélinisation
| Type de neurone | Vitesse de conduction |
| Myélinisé | Jusqu’à 120 m/s |
| Non myélinisé | Environ 0,5 à 2 m/s |
📊 Comparaison des vitesses en fonction des types de neurones
Sommation:
Un neurone ne déclenche qu’un potentiel d’action à la moindre stimulation. Il doit d’abord intégrer plusieurs signaux, excitateurs ou inhibiteurs, reçus de ses neurones voisins. Ce processus s’appelle la sommation. Il en existe deux types :
- La sommation spatiale : plusieurs signaux arrivent en même temps depuis différents endroits (différents neurones).
- La sommation temporelle : plusieurs signaux arrivent très rapidement à un intervalle très court depuis le même endroit (même neurone souvent).
Si la somme de ces signaux dépasse un certain seuil, le neurone déclenche alors un potentiel d’action.
La fréquence, l’intensité et la durée de ces sommations jouent un rôle dans la création de plusieurs PA.
Exemple:
Un gros courant = un PA
Un petit courant qui dépasse le seuil limite = un PA
Plein de stimulation au même endroit = plus de chances d’avoir plusieurs PA
Plein de stimulation en même temps (à quelques millisecondes d’intervalle) = plus de chances d’avoir plusieurs PA
Un PPSE (potentiel post-synaptique excitateur) est un courant dans le neurone post-synaptique (le deuxième neurone), s’il est excitateur il facilite le PA. Si, c’est un PPSI (inhibiteur), alors il empêche le PA.
Il y a alors un combat entre les PPSE excitateurs et inhibiteurs.
Si, plusieurs PPSE s’additionnent cela peut conduire à un PA.
La synapse électro-chimique:
Nous avons vu comment se crée les potentiels d’action, maintenant nous allons voir comment ils se propagent entre plusieurs neurones.
🔄 Les étapes de la transmission synaptique
- Le potentiel d’action (PA) envahit la terminaison présynaptique (NPS1).
- Cela provoque l’ouverture des canaux calciques voltage-dépendants.
- L’entrée de Ca²⁺ dans la cellule par les canaux calciques
- Le CA2+ fait fusionner les vésicules avec la membrane présynaptique.
- Les neurotransmetteurs se lient aux récepteurs situés sur la membrane postsynaptique.
- Le flux d’ions génère un PPS qui peut être soit excitateur (dépolarisation), soit inhibiteur (hyperpolarisation) pour la cellule cible.
- Enfin, les neurotransmetteurs sont dégradés ou recapturés dans la fente synaptique, mettant fin au signal.
Rôle du CA2+ avec les vésicules:
Dès que la membrane est dépolarisée, le calcium entre dans la cellule et a un rôle primordial pour la sortie des vésicules rempli de neurotransmetteurs. Les étapes suivantes expliquent comment le calcium et d’autres protéines y arrivent.
Etape 1: Une protéine délie l’amas de vésicules accrochés entre elles
Etape 2: Arrimage (vers la membrane, pour sortir) des vésicules par d’autres protéines
Etape 3: Le CA2+ va se lier à une protéine spécifique pour faciliter la sortie des vésicules
Étape 4: Le CA2+ + la protéine s’insèrent dans la membrane et provoque la fusion entre la membrane neuronale et la vésicule.
Etape 5: La fusion induit l’exocytose
Les seconds messagers :
Il existe plusieurs seconds messagers, qu’il n’est pas utile de lister. Ses seconds messagers vont activer des protéines (qu’on appellera K). Quand la membrane est dépolarisée, la dépolarisation va activer ou non des canaux ioniques pour laisser plus ou moins d’ions par exemple.
Néanmoins, il y d’autres protéines (qu’on appellera P) qui vont se charger de faire le contraire de celle-ci. Cela va permettre de moduler toute la transmission synaptique.
L’importance du second messager:
Dès que la membrane est dépolarisée, le CA2+ rentre dans la cellule. Et, c’est à ce moment-là que la cascade de réaction débute. Voilà, le premier d’une immense chaîne de processus biologique à la base de la communication neuronale.
Signalisation nucléaire:
🧠 Facteurs de transcription : pour des changements durables dans le neurone
Les seconds messagers (SM) ne se contentent pas d’actions rapides à la surface du neurone. Ils peuvent aussi déclencher des changements durables en activant des facteurs de transcription, c’est-à-dire des protéines qui contrôlent l’expression des gènes.
🧬 Ces facteurs vont stimuler la synthèse de nouveaux ARN messagers et de nouvelles protéines. Ce processus est plus lent (il faut environ 30 à 60 minutes pour produire les protéines), mais il permet d’ancrer des modifications à long terme dans le fonctionnement neuronal.
💡 Contrairement aux mécanismes rapides qui modifient des protéines déjà présentes, cette voie génomique agit en créant de nouvelles protéines, ce qui peut :
- stabiliser les changements synaptiques,
- participer à des processus comme la mémoire à long terme (MLT), la potentialisation à long terme (PLT),
- ou renforcer des apprentissages complexes comme le conditionnement ou la mémoire spatiale.
🔄 C’est donc une réponse plus lente, mais essentielle pour consolider durablement les adaptations du cerveau.
🏢 Métaphore : Le neurone = une entreprise
📞 1. Le neurotransmetteur = un appel d’un client
Un client (l’extérieur) appelle l’entreprise (le neurone) pour passer un message.
🔹 Le téléphone = le récepteur
🔹 Il capte le message et transmet à l’équipe interne
🧑💻 2. Le second messager = l’email envoyé à toute l’équipe
Le réceptionniste reçoit l’appel et envoie un mail groupé à toute l’équipe pour dire :
« 🚨 Urgence, il faut agir maintenant ! »
→ Il circule dans l’entreprise : c’est un second messager.
🛠️ 3. La protéine K = l’ouvrier spécialisé
Un membre de l’équipe lit l’email (second messager), et commence à activer des machines (protéines) dans l’usine.
Cette personne, c’est la protéine K.
Elle ajoute des étiquettes « ON » sur les machines pour les démarrer (canaux ..).
🧠 4. CREB = le manager qui change les règles
Si le message est important, la kinase va jusqu’au bureau du manager CREB.
Elle colle une étiquette « ON » sur CREB.
→ CREB va changer le règlement de l’usine (activer des gènes) pour modifier le fonctionnement à long terme (ex : mémoire, apprentissage).
🧹 5. La phosphatase = l’agent de maintenance
Une fois la crise passée, l’agent de maintenance passe et retire toutes les étiquettes « ON ».
👉 Il arrête les machines = c’est la protéine P.
Conclusion:
En résumé, la transmission synaptique part de mouvements d’ions servant à créer un potentiel d’action, l’influx électrique. Ses influx peuvent aller plus ou moins vite selon le neurone et sa myélinisation. Pour le transmettre aux autres neurones, il y a une cascade de réactions impliquant des protéines, des seconds messagers (CA2+ par exemple)…
Tout ça est régulé et modulé par diverses protéines comme les kinases (protéine K) et phosphatases (protéine P). Enfin, les facteurs de transcription permettent de créer de nouvelles protéines et consolider les changements dans le cerveau. Tout cela implique énormément d’acteurs et établit les bases de la communication neuronale dans l’encéphale.
Référence:
Purves, D. (Éd.). (2018). Neuroscience (6ᵉ éd., chapitre sur la transmission synaptique). Oxford University Press.
