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15/03/2011

Liens intéressants:
http://membres.lycos.fr/drose
http://www.lecerveau.mcgill.ca

Professeur E. Maubert : Electrophysiologie

Les phénomènes bioélectriques dans le cerveau

Mots-clés: chimie - génétique - protéines - synapse - cellules - circuit - ensemble - comportement humain

On va s'intéresser à l'activité et au fonctionnement cellulaire, soit en grec: neurophysiologie et électrophysiologie.

On attaque sur le tissu nerveux:

  1. Généralités
  2. Neurones
  3. Cellules Gliales

I Généralités sur le système nerveux

De la cellule oeuf se différencient après 15 jours déjà trois feuillets:

  • Ectoderme (tissu nerveux, peau, yeux...)
  • Endoderme (tube digestif...)
  • Mésoderme (squelette, muscles...)

Tissu nerveux, neurones et cellules gliales dérivent de l' ectoderme. Seules les cellules microgliales ne dérivent pas de l'ectoderme.

  • Précurseurs ectodermiques
    • Neurones
      • Interneurones
      • Neurones pyramidaux
    • Cellules gliales
      • Oligodentrocytes
      • Ostrocytes
  • Précurseurs mésodermiques
    • Cellules microgliales
    • Vascularisation cérébrale

Les facteurs qui influencent le développement du système nerveux sont:

  • les facteurs génétiques
  • les facteurs épigénétiques. Modifications transmissibles, réversibles sur l'ADN et histones qui influencent l'expression des gènes.

Tout ceci crée un système unique!

Il y a d'autres cellules:

  • Cellules endothéliales dans les vaisseaux
  • Cellules des plexus coroïdes, qui produisent le liquide céphalo-rachidien
  • Cellules musculaires (constriction des artères)
  • Cellules bordant les ventricules cérébraux
  • Cellules péricytes, dans certains vaisseaux (leur rôle n'est pas clair)

II Neurones

On en a 100 milliards, c'est pas rien.

Ils diffèrent selon:

  • leur localisation
  • leur morphologie
  • leur implication physiologique
  • leur neurochimie, à savoir
    • gènes
    • neurotransmetteurs (NT) exprimés
    • enzymes

Dans l'ordre de l'influx, les neurones sont constitués par:

  • La/les dentrite(s)
  • Le Soma, ou corps cellulaire, avec
    • son noyau
  • l' axone et
  • la terminaison présynaptique de l'axone

La morphologie de décline en plusieurs variantes, unipolaire, pseudo-unipolaire, bipolaire, multipolaire, mais on s'éloigne de l'important.

Dans la synapse

Le potentiel d'action va toujours du corps cellulaire vers l'extrémité de l'axone. Dans cette zone présynaptique a lieu l' exocytose, ou libération des NT dans la fente synaptique. Les NT vont activer des récepteurs membranaires (des protéines aussi) sur l'autre flanc de la fente. Ces récepteurs changent de forme et génèrent des phénomènes bio-électriques.

Quelques termes:

PPSE: Potentiel Post-Synaptique Excitateur
PPSI: Potentiel Post-Synaptique Inhibiteur
PA: Potentiel d'Action

Bon, qu'est-ce qu'il se passe de l'autre côté?

L'autre neurone reçoit l'info par les dentrites ou directement sur le soma. Le soma intègre tout ces PPS, excitateurs et inhibiteurs, puis il en fait la somme. Il décide alors si le seuil d'excitation est atteint, et dans ce cas un PA est propagé dans l'axone jusqu'à sa terminaison, il y a de nouveau exocytose, et tout recommence.

Ce PA est un phènomène bio-électrique qui se propage du soma dans l'axone. Si cet axone est ramifié (pas le cas le plus fréquent), plusieurs PA sont transmis. Le PA lui-même ne se transmet pas de neurone en neurone (car il peut conduire à des PPSE). Chaque neurone fait sa tambouille.

III Cellules Gliales

Elles sont encore 10 fois plus nombreuses que les 100 milliards de neurones, ça nous fait du 1012!

Plus l'espèce est évoluée, et plus elles sont nombreuses relativement au neurones (seulement 2 fois plus chez la souris). Einstein avait lui-même plus de cellules gliales dans certaines zones clés de son cerveau.

Elles procurent leur nourriture aux neurones, éliminent les déchets, font isolant dans certains cas (gaine de myéline). Elles ont elles-mêmes des prolongements.

Dans le SNC, on a trois types de cellules gliales:

A) Les astrocytes (tient, nombreux chez Einstein)

Ils ressemblent à un neurone (avec des prolongements), ils sont en relation avec les capillaires et pompent la nourriture.

Leurs rôles:

  • Support mécanique
  • Approvisionnement
  • Maintien de l'équilibre chimique
  • Digestion et élimination des débris
  • Participation à la plasticité cérébrale (interruption/création de connections)

B) Les Oligodentrocytes

Dans le SNC, ils constituent la gaine de myéline qui entoure les axones de nombreux neurones.

C) Les cellules microgliales

La microglie dérive du mésoderme (et non de l'ectoderme comme tout le monde). Elle phagocyte les corps étrangers, c'est un macrophage.

D) Plus le quatrième type: Les cellules gliages du SNP

Donc, du '''Système Nerveux Périphérique". Parmi elles, les cellules satellites. D'autres, les cellules de Schwann, fabriquent de la myéline, ce sont les oligodentrocytes du SNP

Maintenant on passe à autre chose.

ELECTROPHYSIOLOGIE

Eléctrophysiologie: Science qui étudie les phénomènes bioélectriques liés au fonctionnement de certains organes (par EEG, ECG, ou EMG), ou certaines cellules (excitables).

MEG: Magnéto-Encéphalo-Graphie, plus précis que l'EEG.

Nous verrons la bioélectricité à l'échelle cellulaire (PA, PPSE/PSSI, potentiel de repos). La bioélectricité est partout (alors allez vous cacher). Du reste, à tout phénomène électrique est associé un phénomène magnétique.

Plan:

  1. Atome et électricité
  2. Potentiel de repos des cellules
  3. (à compléter)

I Atome et électricité.

On va pas répéter ce qu'on sait déjà.

Juste se souvenir que anode c'est + et cathode c'est -. Donc, Na+, K+, ce sont des cations, et Cl-, les nitrates, ce sont des anions.

Les liaisons covalentes sont des partages d'électrons.

Les liaisons électrostatiques viennent de la polarité de surfaces des atomes et molécules. Car fragile, elles sont à l'origine de la plupart des interactions qui nous intéressent: Enzyme/substrat, Récepteur/NT, etc.

Champ électrique: accumulation de charges électriques différentes
DDP: Différence De Potentiel (V)
Courant: déplacement de charge (A) (électrons ou ions sur un canal ionique)

II Le potentiel de repos des cellules.

Dans une cellule, on a une DDP entre les milieux intra- et extracellulaires: environ -65 mV.
On appelle ça la DDP transmembrannaire. La charge est négatice dans le MI et positive dans le ME.

N'oublions pas, si U = R.I , alors: DDP transmembrannaire = Ouverture de canaux ioniques x courants ioniques

Par exemple, le courant sodique intervient dans le PA.

Cette DDP transmembrannaire, c'est le fameux potentiel de repos. Car elle n'est pas nulle, la DDP indique un champ ionique entre l'intérieur et l'extérieur de la cellule. C'est un déséquilibre ionique transmembrannaire stable.

Au repos, les cellules sont donc polarisées, avec:

  • Dans le milieu intérieur: K+, P- (et aussi Na+, Ca2+, Cl-)
  • Dans le milieu extérieur: Na+, Ca2+, Cl-, (et aussi K+)

Par ailleurs, ADN et ARN sont des ions négatifs (donc des anions).

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