Neurones

Le système nerveux central et périphérique est un immense réseau fonctionnel, composé de milliards de cellules ayant la particularité de communiquer entre elles par des signaux électriques et chimiques. Le coordinateur de cet ensemble complexe est le cerveau.

Les briques élémentaires du système nerveux

Depuis le début du XXe siècle (1906) et les travaux du grand chercheur espagnol Santiago Ramon y Cajal, on sait que la pièce maîtresse du système nerveux central est le neurone. Cette cellule spécialisée est apparue très tôt au cours de l’évolution : on en trouve chez les vers, les insectes ou les mollusques, ce qui permet aux chercheurs de l’étudier sur des modèles animaux très différents. Les neurones organisés en réseaux forment le socle des fonctions motrices, perceptives, émotives ou cognitives de l’esprit. Le cerveau humain comporterait environ cent milliards de neurones.

Anatomie d’un neurone

Un neurone est schématiquement composé de trois parties. Le corps cellulaire, aussi appelé soma, abrite le noyau avec ses chromosomes et ses gènes. Ces derniers jouent un rôle important dans la mise en place des différents circuits de neurones au cours du développement, en initiant par exemple la production des agents chimiques de construction et d’information des cellules nerveuses.

L’axone est un prolongement unique et non ramifié du soma. Son principal rôle est de transmettre l’information électrique et chimique aux neurones qui l’entourent. Ce travail est souvent accompli dans une périphérie rapprochée de quelques micro- ou millimètres, mais certains axones peuvent atteindre un mètre de longueur ! La transmission de l’information est favorisée par le dépôt d’une gaine de myéline autour de l’axone. Elle est constituée par d’autres cellules du cerveau (les cellules gliales, dix fois plus nombreuses que les neurones). Les cellules de Schwann ou les oligodendrocytes (deux familles de glies) s’enroulent ainsi autour de certains axones et leur procurent la gaine de myéline : cette « matière blanche » (par opposition à la « matière grise » des somas et dendrites) accélère la transmission de l’influx nerveux. Le processus de myélinisation se poursuit dans les lobes frontaux jusqu’à l’âge adulte et la destruction de la myéline, dans le cas de certaines maladies dégénératives comme la sclérose en plaques, a des effets délétères sur le fonctionnement cérébral.

Les dendrites, troisième élément du neurone, sont des ramifications courtes et arborescentes, elles aussi liées au soma. Leur fonction consiste à recevoir l’information véhiculée par l’axone. Il s’agit là de la description d’un neurone « standard » (le plus répandu) : il existe en fait des formes singulières, comme les neurones dendro-dendritiques, par exemple, dépourvus d’axone.

La synapse, élément-clé de la transmission d’information

Comment les neurones parviennent-ils à communiquer l’information ? Une partie importante du processus se tient dans la zone de contact fonctionnel entre l’axone et les dendrites que l’on nomme la synapse. Il s’agit d’un point de rencontre de 2 à 100 microns où se font face les boutons terminaux des axones et les épines des dendrites.

On distingue deux types de synapses selon le mode de communication qu’elles utilisent : les synapses électriques et les synapses chimiques.

Les synapses électriques permettent de transférer l’information de manière bi-directionnelle (chaque neurone reçoit et renvoie), rapide et fiable. Mais cette communication électrique n’est guère flexible.

Les synapses chimiques, qui sont les plus répandues dans le cerveau des mammifères, utilisent des agents nommés neuromédiateurs ou neurotransmetteurs pour transporter l’information. Le neurone qui produit le neuromédiateur est appelé présynaptique et celui qui le reçoit post-synaptique. Les synapses chimiques sont unidirectionnelles et lentes, mais elles ont le mérite d’être très flexibles : ce sont notamment elles qui donnent au cerveau sa plasticité développementale.

Les neurotransmetteurs
A ce jour, plus d’une soixantaine de neurotransmetteurs ont été identifiés et il en existe très probablement bien d’autres. Ils se répartissent en trois grandes familles : les amines (acétylcholine, noradrénaline, dopamine, mélatonine, etc.), les acides aminés (inhibiteurs comme le GABA – acide gamma-aminobutyrique – et la glycine, ou excitateurs comme le glutamate et l’aspartate) et les neuropeptides (endorphines, enkélaphines, hormones hypothalamiques et hypophysaires, vasopressine, etc.). Beaucoup de troubles psychiatriques ou neurodégénératifs sont associés à des défaillances de la production ou la circulation des neurotransmetteurs dans le système nerveux.

Quand la communication électrique s’emballe… l’exemple de l’épilepsie
L’activité électrochimique des neurones est calculée de manière algébrique, par une sorte d’addition : le soma de chaque neurone mesure les charges positives et négatives qu’il reçoit (en permanence) et, selon que le seuil d’excitabilité est atteint, il déclenche ou non une charge électrique. C’est le passage du « potentiel de repos » au « potentiel d’action » du neurone. Ce processus peut être perturbé par des pathologies. Dans le cas d’une crise épileptique par exemple, soit les membranes endommagées de certains neurones acceptent des quantités excessives d’ions calcium, potassium et sodium, soit certains neuromédiateurs inhibiteurs, comme le GABA, se trouvent hors-service. Il en résulte des « potentiels post-synaptiques » excitateurs immenses, qui emportent avec eux quelques millions de neurones et provoquent ainsi une violente décharge électrique dans le cerveau.

L’organe le plus complexe produit par l’évolution

Chaque neurone est en moyenne connecté à 10 000 de ses voisins et il lui suffit de quelques millièmes de seconde pour propager son potentiel d’action. Le nombre d’agencements possible des 100 milliards de cellules nerveuses qui forment le cerveau dépasserait donc de loin le nombre total de particules atomiques contenues dans l’univers ! Cette extraordinaire capacité fait du cerveau humain l’organe le plus complexe jamais produit dans l’histoire du vivant. La compréhension du fonctionnement des neurones au plan moléculaire et cellulaire est un enjeu prioritaire de recherche fondamentale, car elle conditionne par la suite l’analyse des phénomènes perceptifs et cognitifs, jusqu’au mystère de la conscience, mais aussi et surtout la mise au point de thérapies innovantes pour les nombreux troubles affectant le système nerveux humain.

Pour aller plus loin

Images de science

Communiqués de presse

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  © Inserm, E. Eugène

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Revues

• Modèles animaux des maladies neurodégénératives, Langui Dominique et al., M/S médecine/sciences, 2007, 23, 2, 180-186
• La neurogenèse bulbaire et son impact neurologique, de Chevigny Antoine, Lledo Pierre-Marie, M/S médecine/sciences, 2006, 22, 6-7, 607-613
• Synaptogenèses et épigenèses cérébrales, Bourgeois Jean-Pierre, M/S médecine/sciences, 2005, 21, 4, 428-43

Sites

• Cerveau&Psycho. Autisme : les neurones miroirs hors de cause (11/6/2010)
• Université Pierre-et-Marie-Curie (UPMC). Comment régénérer des neurones après un traumatisme ? (juillet 2009)
• Université Pierre-et-Marie-Curie (UPMC). RORalpha, chef d'orchestre de la protection des neurones

Multimédias

• Signal et neurones, Odile Macchi, Denis Schwartz, Olivier Bertrand.Canal Académie, 2009
• La neuroendrocrinologie, 4 émissions Canal-U BioTV, 2004
• Dynamique de l'organisation des récepteurs du glutamate, Daniel Choquet, Canal-U, 2003
• La cellule de Schwann, Danielle Phan-Dinh, Thierry Amédée, Canal-U, 2002
• Les cellules gliales centrales, Danielle Phan-Dinh, Thierry Amédée, Canal-U, 2002

Janvier 2012