Le système nerveux
Structure
- La
communication nerveuse est à la base des comportements humains et animaux. Elle se base sur des réponses rapides, voire des réflexes.
Le cerveau est l'organe maître de la communication nerveuse. Il traduit les informations rapportées par les nerfs et monopolise à lui seul 25% de l'énergie totale, 1/5 de la quantité de sang totale et pèse 2% du poids du corps.
Il est divisé en 2 hémisphères, eux-mêmes constitués de lobes, qui ont chacun un rôle précis dans le système nerveux, du diencéphale et de 4 petites ventricules contenant le liquide céphalo-rachidien (liquide qui amortit les mouvements ou chocs qui risqueraient d'endommager le cerveau et permet l'évacuation des molécules "déchets" rejetées par le cerveau). Ce liquide peut également servir de protection immunologique.
L'hémisphère droit est spécialisé dans les compétences artistiques, la concentration ainsi que les visualisations spatiales tandis que l'hémisphère gauche est responsable des fonctions scientifiques, du raisonnement abstrait et de la capacité de communiquer (langage parlé et écrit).
Le diencéphale contient lui-même
le thalamus, l'hypothalamus et l'épithalamus :
- Le thalamus : son rôle est essentiel dans la sensibilité, l'apprentissage et la mémoire. Il est le relais des influx nerveux (potentiel d'action).
- L'hypothalamus : responsable du système nerveux autonome. Il régit les activités involontaires de l'organisme
c'est à dire qu'il est le centre des émotions, régule la faim et la soif ainsi que la température corporelle.
- L'épithalamus : constitué du corps pinéal, établissant le cycle du sommeil, l'humeur et produit le liquide céphalo-rachidien.
Le tronc cérébral est situé à la base de l'encéphale et relie le cerveau à la moelle épinière. Il est le moteur de certaines fonctions vitales telles que la pulsation cardiaque, la respiration ou encore les mouvements oculaires.
Le cervelet
communique avec l'arrière du tronc cérébral, et contrôle certains réflexes,
gestes simples ou encore, assure l'équilibre du corps.
Le lobe frontal permet la fonction motrice et la coordination des mouvements. Une lésion de ce lobe cérébral peut entraîner une paraplégie. Cette zone est divisée en 52 « aires » dont 4 sont spécifiques à la fonction motrice : ce sont les aires de Brodmann (Korbinian Brodmann 1868-1918 est un neurologue et neurophysicien allemand connu pour avoir découvert et déterminé les différentes parties du lobe frontal)
Le lobe pariétal contrôle les activités sensorielles y compris la façon dont le corps est situé dans l'espace.
Le lobe temporal est affecté à l'ouïe et à la mémoire : il contrôle la perception auditive.
Le lobe occipital est responsable de la vision : il traite les données captées par l'œil et permet la visualisation.
- Ainsi, le cerveau est un organe incroyablement complexe, pouvant traiter ou donner des informations et ordres variés. Pour cela, il est connecté et relié par des nerfs aux différentes parties du corps afin que la transmission d'informations puisse se faire librement.
Il existe deux types de nerfs : les nerfs efférents, qui communiquent l'information électrique du cerveau jusqu'aux récepteurs et les nerfs afférents, qui traduisent les impulsions nerveuses des muscles jusqu'au centre nerveux.
Ces nerfs assurent des liaisons entre les centres nerveux (ici le cerveau et la moelle épinière pour les vertébrés) et les effecteurs (les muscles).
Un nerf est principalement constitué d'une multitude de fibres nerveuses qui sont elles-mêmes composées de cellules nerveuses, autrement dit de neurones assurant la transmission du message nerveux (présence d'axones).
Schéma d'un nerf
Qu'est ce qu'un neurone et à quoi sert-il?
Schéma d'un neurone
Un neurone est composé de trois parties principales : un corps cellulaire qui inclut un noyau et des organites nécessaires à son bon fonctionnement, des dendrites qui sont des prolongements cellulaires venant du corps de la cellule puis un axone dans lequel les messages nerveux circulent.
La moelle épinière appartient donc au système nerveux central car elle est le prolongement du cerveau au niveau des vertèbres. Dans cette moelle épinière, il est possible de discerner deux structures différentes, la substance grise et la substance blanche. La substance grise est composée des corps cellulaires des neurones alors que la substance blanche est constituée des axones, partie centrale des neurones.
Les racines dorsales amènent les messages sensitifs tandis que les racines ventrales permettent le passage des moto-neurones ou neurones moteurs directement liés à un muscle.
- L'information
nerveuse passe donc de neurone en neurone pour partir d'un centre nerveux jusqu'à
arriver au muscle ciblé. L'espace de contact entre ces neurones se nomme une synapse.
Le terme de synapse instauré par Sherrington en 1897, désignait au départ les zones entre neurones, spécialisées dans la transmission de l'information.
Mais les synapses ne permettent pas seulement la communication entre les neurones ; elles lient également les cellules réceptrices aux neurones et les neurones aux cellules effectrices (jonction neuromusculaire). C'est au niveau de ces synapses que s'effectue la transmission de l'information d'une cellule à une autre : la transmission synaptique.
Les synapses chimiques sont caractérisées par la présence d'un espace entre les deux cellules : c'est la fente synaptique. Les informations de la cellule présynaptique sont transmises à la cellule post-synaptique par l'intermédiaire de neurotransmetteurs (ou neuromédiateurs)
Schéma du fonctionnement d'une synapse
Ces synapses libèrent ces neurotransmetteurs lorsqu'un potentiel d'action arrive à l'extrémité de l'axone du neurone pré-synaptique, cela entraine l'exocytose (migration) des vésicules contenant les neurotransmetteurs dans la fente synaptique. Ceux-ci vont se fixer sur les récepteurs sur la membrane du neurone post-synaptique.
En
fonction du type du neurotransmetteur, la cellule postsynaptique aura comme information
un potentiel postsynaptique inhibiteur ou excitateur, s'opposant ou favorisant ainsi
respectivement la création d'un potentiel d'action dans le neurone
post-synaptique.
Ce potentiel est alors appelé potentiel postsynaptique excitateur s'il transmet le potentiel d'action dans le neurone.
Le potentiel d'action :
- Le potentiel d'action, aussi appelé influx nerveux, est une variation du potentiel électrique du neurone, qui se propage le long de l'axone pour transmettre un signal à un ou plusieurs neurones, ou cellules excitables.
Lorsque le neurone est au repos, les ions sodium et potassium présents dans la cellule et en dehors sont répartis de façon inégale de part et d'autres de la membrane : le milieu intracellulaire est plus négatif que celui de l'extracellulaire : il est polarisé. Cela correspond au potentiel membrane.
Le message nerveux est constitué d'une série de variations brèves de la polarisation de la membrane du neurone appelée potentiel d'action. Lorsque cette membrane est parcourue par le potentiel d'action (d'amplitude de 100mV environ), les canaux à sodium s'ouvrent, laissant ainsi rentrer les ions potassium dans le neurone, jusqu'à un certain seuil d'activation, qui fait ouvrir les autres canaux : c'est la dépolarisation.
Les canaux à potassium s'ouvrent ensuite, faisant sortir alors les ions potassium du neurone, entrainant ainsi un repolarisation. Ils restent alors ouverts plus longtemps que nécessaire, engendrant la diminution du potentiel intracellulaire : c'est l'hyperpolarisation.
La pompe NA+-K+, qui est une protéine située sur le membrane, régulera ensuite le neurone afin que le potentiel de repos soit rétabli (environ -70mV)
Dans le cas de la paraplégie, le potentiel d'action ne peut donc plus circuler et transmettre l'information.
- Il est possible de calculer le potentiel électrique d'un ion , notamment grâce à l'équation de Nernst :
E(x) : potentiel de l'ion x en Volt
R : constante des gaz parfaits (8.31.mol-1.k-1)
T : température en Kelvin
Z : valence de l'ion x
F : constant de Faraday (96485 C.mol-1)
[X]o : concentration extracellulaire de l'ion x
[X]i : concentration intracellulaire de l'ion x
ln : logarithmes naturels
Ainsi, une lésion de la moelle épinière empêche toute circulation du potentiel d'action, rendant impossible la transmission de la volonté du patient.
- Afin d'y remédier, les progrès technologiques ont permis d'élaborer une "jonction" en détournant la rupture, rendant le passage de l'information désormais possible.