Mémoire/Neurones et synapses

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Si le cerveau est le siège de la mémoire, cela ne nous dit pas comment il fait pour retenir nos souvenirs, comment il mémorise nos leçons de mathématiques, comment il mémorise nos apprentissages moteurs, etc. Pour cela, il faut descendre un niveau en dessous, et regarder de quoi est fait le cerveau.

Neurones[modifier | modifier le wikicode]

Comme tous les autres organes, le cerveau est composé de cellules. Les cellules du cerveau (et du système nerveux en général) sont toutefois un peu spéciales, et ont des particularités. Ces cellules sont ce qu'on appelle des neurones.

Il existe un grand nombre de neurones différents, qui se différencient par leur taille, leur forme, ou quelques autres paramètres. Mais tous ces neurones gardent malgré tout des points communs quant à leur forme.

Par exemple, un neurone ressemble à ceci :

Neuron-figure-fr.svg

Le système nerveux et le cerveau sont constitués d'un grand nombre de neurones du genre, reliés entre eux.

Influx nerveux[modifier | modifier le wikicode]

Ces neurones échangent des informations, codées par des influx nerveux, des sortes de "courants électriques", qui passent de neurone en neurone, et se propagent à travers tout le système nerveux. Ces influx nerveux sont ensuite traités par les neurones.

Le traitement effectué par un neurone sur un influx nerveux est particulièrement basique. Le neurone fait la somme de tous les influx nerveux qui arrivent sur ses dendrites à un instant donné. Si cette somme dépasse un seuil fixé à l'avance, alors celui-ci émet un nouvel influx nerveux sur son axone. Dans le cas contraire, il n'émet rien.

Description fonctionnelle du fonctionnement d'un neurone

Ces influx nerveux ne sont pas des courants électriques, mais correspondent à des variations de la tension électrique de la membrane du neurone. Lorsque le neurone ne fait rien, une tension d'environ -70 millivolts est présente sur sa membrane.

Lorsqu'un influx nerveux passe, cette tension augmente localement.

Action potential.svg

Cet influx nerveux va ensuite se propager à travers le neurone, de proche en proche. L'influx nerveux émit par un neurone est ce qu'on appelle un potentiel d'action. Tous les potentiels d'action ont exactement la même forme, la même intensité.

Ils ressemblent tous à ceci :

Action Potential.gif

Ces potentiels d'action ont tous la même amplitude. L'influx nerveux n'est donc pas proportionnel à la réponse. L'information n'est pas encodée dans le cerveau par la grandeur des amplitudes, mais par leur fréquence. Par exemple, la luminosité d'un endroit de la rétine sera transmise par une suite d'influx nerveux d'autant plus fréquents que la luminosité est élevée.

Ces influx nerveux proviennent de la membrane du neurone. Cette membrane sépare l’intérieur du neurone de l'extérieur. Entre l'intérieur et l'extérieur, il y a un déséquilibre concernant le nombre de certains ions : par exemple, on aura plus de potassium à l'intérieur qu'à l'extérieur. C'est ce qui explique le potentiel de repos de -70 millivolts.

Pour créer un potentiel d'action, la membrane du neurone contient des canaux ioniques, qui peuvent s'ouvrir et laisser rentrer certains ions.

IonChannels.jpg

Synapses[modifier | modifier le wikicode]

Ces neurones sont reliés entre eux par ce qu'on appelle des synapses. Les synapses peuvent relier les neurones entre eux de diverses façons :

Blausen 0843 SynapseTypes.png

Dans la majorité des cas qui vont nous intéresser, les synapses vont connecter l'axone d'un neurone aux dendrites d'un autre. Suivant la synapse, le transfert d'un influx nerveux va se propager à travers la synapse de deux manières différentes.

Synapses électriques[modifier | modifier le wikicode]

Dans le cas le plus rare, la synapse est électrique. Les deux membranes des neurones sont collées l'une contre l'autre, et les canaux ioniques sont alignés.

Synapse diag2.png

Ainsi, les ions générés par les potentiels d'action peuvent directement passer dans l'autre neurone. La conduction est alors électrique : le premier neurone envoie un courant d'ions dans l'autre neurone.

Synapses chimiques[modifier | modifier le wikicode]

Mais dans la majorité des cas, les synapses sont des synapses chimiques. Avec ce type de synapse, les deux neurones sont séparés par un vide qui sépare les deux neurones : la fente synaptique. La communication s'effectue alors par l'intermédiaire de substances chimiques déversées par le neurone émetteur dans la synapse, que l'on appelle des neurotransmetteurs. Il existe un grand nombre de neurotransmetteurs : dopamine, sérotonine, glutamate, acétylcholine, histamine, adrénaline, noradrénaline, etc. Suivant les neurones, les neurotransmetteurs produits peuvent varier, et certains neurones ne produisent qu'un seul type de neurotransmetteurs. Tout neurone contient des stocks de neurotransmetteurs, qui se régénèrent relativement rapidement. Ces stocks sont de petites capsules qui contiennent toutes la même quantité de neurotransmetteurs, on les appelle des vésicules synaptiques.

Lorsqu'un potentiel d'action arrive sur la synapse, les canaux ioniques vont s'ouvrir et faire rentrer du calcium dans la cellule. Ce calcium va alors déclencher toute une série de réactions chimiques qui vont faire fusionner les vésicules synaptiques avec la paroi de la cellule : les neurotransmetteurs vont alors diffuser à travers la fente synaptique. Ces substances chimiques, les neurotransmetteurs, vont alors parcourir l'espace qui sépare les deux neurones, et vont aller agir sur le neurone récepteur, celui-ci déclenchera un potentiel d'action. Cette action à distance est possible parce que la membrane du neurone récepteur contient des récepteurs, capables de détecter la présence d'un neurotransmetteur. Ces récepteurs sont souvent spécifiques à un neurotransmetteur bien particulier, et ne peuvent détecter qu'un ou deux neurotransmetteurs bien précis. Par exemple, certains récepteurs seront sensibles à la dopamine, mais pas à la sérotonine ou au glutamate.

Synapse.png

Ces récepteurs sont plus ou moins reliés à des canaux ioniques : quand un neurotransmetteur est détecté, le récepteur va agir sur un ou plusieurs canaux ionique, qui s'ouvrira. Si le neurone émetteur envoie suffisamment de neurotransmetteur, un grand nombre de canaux ioniques s’ouvriront et un potentiel d'action sera généré.

Ces récepteurs peuvent se classer en deux types :

  • les récepteurs ionotropiques ;
  • les récepteurs métabotropes.

Avec les récepteurs ionotropiques, le récepteur et le canal ionique ne font qu'un : les deux sont fusionnés dans une seule molécule. Quand le neurotransmetteur se fixe sur le récepteur, cela va changer de forme, et se déformer : il s'ouvrira et laissera les ions passer.

Récepteur ionotrope.svg

Avec les récepteurs métabotropes, le récepteur est physiquement séparé des canaux ioniques, et doit agir sur eux avec l'aide d'un intermédiaire. Cet intermédiaire est le plus souvent une protéine.

Mécanismes fonctionnels de la mémoire[modifier | modifier le wikicode]

À eux seuls, les neurones et synapses permettraient d'expliquer le fonctionnement de la mémoire à long terme : elle serait basée sur la structure des réseaux de neurones. Tout ce qui est dans notre mémoire serait stocké sous la forme de liaisons entre neurones, par les synapses. Apprendre consisterait simplement à ajouter ou supprimer des synapses.

Plasticité cérébrale[modifier | modifier le wikicode]

Contrairement à ce que l'on croyait autrefois, le cerveau garde la possibilité de créer de nouveaux neurones. On ne nait pas avec un stock de neurones à la naissance, et ceux-ci peuvent se régénérer si besoin. De plus, il maintenant prouvé que des synapses peuvent apparaitre ou disparaitre, ce qui est un des mécanismes de base de modification des réseaux de neurones. Ces mécanismes d'apprentissage sont donc plausibles.

Plasticité synaptique[modifier | modifier le wikicode]

Un autre mécanisme d'apprentissage en mémoire à long terme serait basé sur un phénomène qu'on appelle la plasticité synaptique. Ce dernier est à l'origine de variations d'efficacité des synapses : celles-ci peuvent transmettre plus ou moins bien l'influx nerveux. Au fil du temps, l'efficacité de certaines synapses peut augmenter ou diminuer.