Neurophysiologie - Introduction et Concepts Fondamentaux

Introduction

La neurophysiologie est la branche des neurosciences qui étudie le fonctionnement du système nerveux, en particulier les processus électrochimiques qui sous-tendent la communication neuronale. Elle vise à comprendre comment les neurones et les réseaux neuronaux génèrent, transmettent et traitent l'information nerveuse, ce qui est essentiel pour le contrôle des comportements, des fonctions sensorielles, motrices et cognitives.

Cette fiche de révision est conçue pour un niveau intermédiaire et offre une vue progressive des concepts clés de la neurophysiologie, avec des définitions, explications, exemples et illustrations.

1. Le Neurone : Unité Fonctionnelle du Système Nerveux

1.1 Structure du neurone

Un neurone est une cellule spécialisée capable de générer et de transmettre des signaux électriques. Ses principales composantes sont :

Dendrites : prolongements ramifiés qui reçoivent l'information synaptique.
Corps cellulaire (soma) : contient le noyau et intègre les signaux.
Axone : long prolongement conducteur qui transmet les signaux à d'autres neurones ou effecteurs.
Terminaisons axonales : points de communication synaptique avec d'autres cellules.

Un neurone est la cellule fondamentale du système nerveux, organisée pour recevoir, intégrer et transmettre des influx électriques.

1.2 Types de neurones (exemples)

Neurones sensitifs : transmettent l'information des récepteurs sensoriels vers le SNC.
Neurones moteurs : transmettent les commandes motrices vers les muscles.
Interneurones : relient des neurones entre eux, notamment dans le cerveau et la moelle épinière.

2. Potentiel de Membrane et Potentiel de Repos

2.1 Potentiel de membrane

La membrane plasmique du neurone sépare deux milieux ioniques différents (intérieur et extérieur) et est polarée électriquement. Le potentiel de membrane correspond à la différence de potentiel électrique (en mV) entre l'intérieur et l'extérieur de la cellule.

Typiquement, le neurone au repos a environ -70 mV (intérieur négatif par rapport à l'extérieur).

2.2 Potentiel de repos

Le potentiel de repos est le potentiel de membrane stable d'un neurone non excité, principalement dû à la répartition inégale des ions Na^+, K^+, Cl^- et aux pompes ioniques.

Facteurs responsables :

Différence de concentration ionique : K^+ est plus concentré à l'intérieur, Na^+ à l'extérieur.
Perméabilité membranaire plus importante aux K^+.
Pompes ioniques actives (Na^+/K^+ ATPase) qui maintiennent les gradients.

2.3 Équation de Nernst

Elle permet de calculer le potentiel d'équilibre d'un ion à travers une membrane selon sa concentration :

[Formule mathématique]

où :

[Formule] : constante universelle des gaz,
[Formule] : température absolue,
[Formule] : valence de l'ion,
[Formule] : constante de Faraday,
[Formule] : concentration ionique respective.

Cette équation explique pourquoi le potentiel de repos est proche de [Formule] (potentiel d'équilibre du potassium).

3. Potentiel d'action : Le Signal Électrique Fondamental

3.1 Définition

Le potentiel d'action est un signal électrique bref, tout ou rien, qui se propage le long de l'axone d'un neurone.

3.2 Phases du potentiel d'action

Phase de dépolarisation : ouverture des canaux sodiques voltage-dépendants, entrée massive de Na^+, inversion du potentiel (vers +40 mV).
Phase de repolarisation : fermeture des canaux Na^+ et ouverture des canaux potassiques, sortie de K^+, potentiel revient vers le négatif.
Hyperpolarisation : potassique prolongée, le potentiel devient légèrement plus négatif que le repos.
Retour au potentiel de repos : grâce aux pompes ioniques.

3.3 Loi du tout ou rien

Le potentiel d'action se produit uniquement si le seuil électrique est atteint (environ -55 mV). Sinon, il n'y a pas de déclenchement.

3.4 Propagation du potentiel d'action

Se fait de manière unidirectionnelle (du soma vers les terminaisons axonales).
Vitesse dépend de la présence de la gaine de myéline et du diamètre de l'axone.
Mécanisme : dépolarisation locale entraîne ouverture des canaux voltage-dépendants adjacents.

[Diagramme]

4. Transmission Synaptique

4.1 Synapse chimique

Zone de communication entre deux neurones où le signal électrique est transformé en signal chimique.

Le potentiel d'action provoque la libération de neurotransmetteurs (ex : glutamate, GABA, acétylcholine).
Les neurotransmetteurs traversent la fente synaptique et activent des récepteurs postsynaptiques.
Cela induit un potentiel postsynaptique excitateur (PPSE) ou inhibiteur (PPSI).

4.2 Types de neurotransmetteurs et leurs effets

Neurotransmetteur	Effet principal	Exemple
Glutamate	Excitateur	Cortex cérébral
GABA (acide γ-aminobutyrique)	Inhibiteur	Système nerveux central
Acétylcholine	Excitateur/Inhibiteur	Jonction neuromusculaire

5. Concepts Clés Liés à l'Intégration Neuronale

5.1 Sommation

Sommation temporelle : addition des potentiels provenant d'une même synapse en succession rapide.
Sommation spatiale : addition des potentiels issus de différentes synapses simultanées.

5.2 Plasticité neuronale

Capacité des neurones à modifier la force de leurs connexions synaptiques en fonction de l'activité, base cellulaire de l'apprentissage et de la mémoire.

6. Résumé des Notions Fondamentales

Concept	Définition principale
Neurone	Unité fonctionnelle du système nerveux, cellule excitables électrique
Potentiel de repos	Potentiel stable (~-70 mV) dû aux gradients ioniques
Potentiel d'action	Signal électrique rapide, tout ou rien, envoyé le long de l’axone
Synapse	Zone de transmission chimique, transformant signal électrique en chimique
Sommation	Intégration des signaux synaptiques au niveau du neurone
Plasticité neuronale	Capacités adaptatives des neurones modifiant fonctionnement et connexions

Diagramme résumé global : Fonctionnement neuronal