12.3 : La fonction du tissu nerveux
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Objectifs d'apprentissage
- Distinguer les principales fonctions du système nerveux : sensation, intégration et réponse
- Énumérer la séquence d'événements dans une voie de réponse sensorielle simple entre les récepteurs et les moteurs
Après avoir examiné les composants du tissu nerveux et l'anatomie de base du système nerveux, nous pouvons maintenant comprendre comment le tissu nerveux est capable de communiquer au sein du système nerveux. Avant d'aborder les détails du fonctionnement, il sera utile d'illustrer la façon dont les composants s'assemblent. Un exemple est résumé dans la figure\(\PageIndex{1}\).
Figure 12.3.1 : Analyse de l'eau. (1) Le neurone sensoriel possède des terminaisons cutanées qui détectent un stimulus tel que la température de l'eau. L'intensité du signal qui commence ici dépend de la force du stimulus. (2) Le potentiel gradué des terminaisons sensorielles, s'il est suffisamment fort, initiera un potentiel d'action au niveau du segment initial de l'axone (qui est immédiatement adjacent aux terminaisons sensorielles de la peau). (3) L'axone de le neurone sensoriel périphérique entre dans la moelle épinière et entre en contact avec un autre neurone de la matière grise. Le contact est une synapse où un autre potentiel graduel est provoqué par la libération d'un signal chimique par les terminaisons axonales. (4) Un potentiel d'action est initié au niveau du segment initial de ce neurone et remonte la voie sensorielle jusqu'à une région du cerveau appelée thalamus. Une autre synapse transmet l'information au neurone suivant. (5) La voie sensorielle prend fin lorsque le signal atteint le cortex cérébral. (6) Après intégration aux neurones d'autres parties du cortex cérébral, une commande motrice est envoyée depuis le gyrus précentral du cortex frontal. (7) Le motoneurone supérieur envoie un potentiel d'action à la moelle épinière. La cible du motoneurone supérieur est constituée par les dendrites du motoneurone inférieur présentes dans la matière grise de la moelle épinière. (8) L'axone du motoneurone inférieur émerge de la moelle épinière dans un nerf et se connecte à un muscle par une jonction neuromusculaire pour provoquer la contraction du muscle cible.
Imaginez que vous êtes sur le point de prendre une douche le matin avant d'aller à l'école. Vous avez ouvert le robinet pour faire entrer l'eau alors que vous vous apprêtez à prendre la douche. Après quelques minutes, vous vous attendez à ce que la température de l'eau soit agréable à pénétrer. Vous mettez donc votre main dans le jet d'eau. Ce qui se passe ensuite dépend de la façon dont votre système nerveux interagit avec le stimulus de la température de l'eau et de ce que vous faites en réponse à ce stimulus.
Dans la peau des doigts ou des orteils se trouve un type de récepteur sensoriel sensible à la température, appelé thermorécepteur. Lorsque vous placez votre main sous la douche (Figure\(\PageIndex{2}\)), la membrane cellulaire des thermorécepteurs change d'état électrique (tension). L'ampleur du changement dépend de la force du stimulus (la température de l'eau). C'est ce que l'on appelle un potentiel gradué. Si le stimulus est fort, la tension de la membrane cellulaire changera suffisamment pour générer un signal électrique qui se déplacera le long de l'axone. Vous avez déjà découvert ce type de signalisation, en ce qui concerne l'interaction des nerfs et des muscles à la jonction neuromusculaire. La tension à laquelle un tel signal est généré est appelée seuil, et le signal électrique résultant est appelé potentiel d'action. Dans cet exemple, le potentiel d'action se déplace, un processus connu sous le nom de propagation, le long de l'axone, depuis la butte axonale jusqu'aux terminaisons axonales et jusque dans les bulbes synaptiques. Lorsque ce signal atteint les ampoules terminales, il provoque la libération d'une molécule de signalisation appelée neurotransmetteur.
Le neurotransmetteur diffuse sur la courte distance de la synapse et se lie à une protéine réceptrice du neurone cible. Lorsque le signal moléculaire se lie au récepteur, la membrane cellulaire du neurone cible change d'état électrique et un nouveau potentiel gradué commence. Si ce potentiel gradué est suffisamment fort pour atteindre le seuil, le second neurone génère un potentiel d'action au niveau de sa butte axonale. La cible de ce neurone est un autre neurone du thalamus du cerveau, la partie du SNC qui sert de relais pour les informations sensorielles. Au niveau d'une autre synapse, le neurotransmetteur est libéré et se lie à son récepteur. Le thalamus envoie ensuite les informations sensorielles au cortex cérébral, la couche de matière grise la plus externe du cerveau, où commence la perception consciente de la température de l'eau.
Dans le cortex cérébral, l'information est traitée par de nombreux neurones, intégrant le stimulus de la température de l'eau à d'autres stimuli sensoriels, à votre état émotionnel (vous n'êtes tout simplement pas prêt à vous réveiller ; le lit vous appelle), à vos souvenirs (peut-être des notes de laboratoire que vous devez étudier avant un quiz). Enfin, un plan est élaboré sur la marche à suivre, qu'il s'agisse d'augmenter la température, d'éteindre toute la douche et de retourner au lit, ou de prendre une douche. Pour faire l'une de ces choses, le cortex cérébral doit envoyer une commande à votre corps pour déplacer les muscles (Figure\(\PageIndex{3}\)).
Figure\(\PageIndex{3}\) : La réponse du moteur. Sur la base de l'entrée sensorielle et de l'intégration dans le système nerveux central, une réponse motrice est formulée et exécutée.
Une région du cortex est spécialisée dans l'envoi de signaux de mouvement vers la moelle épinière. Le motoneurone supérieur se trouve dans cette région, appelée gyrus précentral du cortex frontal, dont l'axone s'étend jusqu'au bas de la moelle épinière. Au niveau de la moelle épinière où cet axone forme une synapse, un potentiel graduel apparaît dans la membrane cellulaire d'un motoneurone inférieur. Ce deuxième motoneurone est responsable de la contraction des fibres musculaires. De la manière décrite dans le chapitre sur le tissu musculaire, un potentiel d'action se déplace le long de l'axone du motoneurone jusqu'à la périphérie. L'axone se termine sur les fibres musculaires au niveau de la jonction neuromusculaire. L'acétylcholine est libérée au niveau de cette synapse spécialisée, ce qui provoque le début du potentiel d'action musculaire, suivant un potentiel important connu sous le nom de potentiel de plaque terminale. Lorsque le motoneurone inférieur excite la fibre musculaire, celle-ci se contracte. Tout cela se produit en une fraction de seconde, mais cette histoire est à la base du fonctionnement du système nerveux.
LIENS DE CARRIÈRE : Neurophysiologiste
Comprendre le fonctionnement du système nerveux pourrait être un élément moteur de votre carrière. L'étude de la neurophysiologie est une voie très enrichissante à suivre. Cela signifie qu'il y a beaucoup de travail à faire, mais les récompenses en valent la peine.
Le cheminement de carrière d'un chercheur scientifique peut être simple : collège, études supérieures, recherche postdoctorale, poste de chercheur universitaire dans une université. Un baccalauréat en sciences vous aidera à démarrer, et pour la neurophysiologie, que ce soit en biologie, en psychologie, en informatique, en ingénierie ou en neurosciences. Mais la véritable spécialisation vient des études supérieures. Il existe de nombreux programmes différents pour étudier le système nerveux, et pas seulement les neurosciences elles-mêmes. La plupart des programmes d'études supérieures sont des programmes de doctorat, ce qui signifie qu'une maîtrise ne fait pas partie du travail. Ces programmes sont généralement considérés comme des programmes de cinq ans, les deux premières années étant consacrées à des cours et à la recherche d'un mentor de recherche, et les trois dernières années étant consacrées à la recherche d'un sujet de recherche et à la poursuite de celui-ci avec un esprit presque unique. La recherche aboutit généralement à quelques publications dans des revues scientifiques, qui constitueront l'essentiel d'une thèse de doctorat. Après avoir obtenu leur doctorat, les chercheurs poursuivront des travaux spécialisés appelés bourses postdoctorales au sein de laboratoires établis. À ce poste, un chercheur commence à établir sa propre carrière de chercheur dans l'espoir de trouver un poste universitaire dans une université de recherche.
D'autres options sont disponibles si vous êtes intéressé par le fonctionnement du système nerveux. En particulier pour la neurophysiologie, un diplôme de médecine pourrait être plus approprié afin que vous puissiez en apprendre davantage sur les applications cliniques de la neurophysiologie et éventuellement travailler avec des sujets humains. Une carrière universitaire n'est pas une nécessité. Les entreprises de biotechnologie sont impatientes de trouver des scientifiques motivés prêts à aborder les questions difficiles concernant le fonctionnement du système nerveux afin de pouvoir tester des produits chimiques thérapeutiques sur certaines des maladies les plus complexes telles que la maladie d'Alzheimer ou la maladie de Parkinson, ou les lésions de la moelle épinière.
D'autres, titulaires d'un diplôme en médecine et d'une spécialisation en neurosciences, travaillent ensuite directement avec les patients, diagnostiquent et traitent les troubles mentaux. Vous pouvez le faire en tant que psychiatre, neuropsychologue, infirmier en neurosciences ou technicien en neurodiagnostic, entre autres parcours professionnels possibles.
Révision du chapitre
La sensation commence par l'activation d'une terminaison sensorielle, telle que le thermorécepteur de la peau qui détecte la température de l'eau. Les terminaisons sensorielles de la peau déclenchent un signal électrique qui se déplace le long de l'axone sensoriel d'un nerf jusqu'à la moelle épinière, où il se synapse avec un neurone dans la matière grise de la moelle épinière. Les informations de température représentées dans ce signal électrique sont transmises au neurone suivant par un signal chimique qui diffuse à travers le petit espace de la synapse et déclenche un nouveau signal électrique dans la cellule cible. Ce signal passe par la voie sensorielle jusqu'au cerveau, en passant par le thalamus, où la perception consciente de la température de l'eau est rendue possible par le cortex cérébral. Après intégration de ces informations à d'autres processus cognitifs et à d'autres informations sensorielles, le cerveau renvoie une commande à la moelle épinière pour déclencher une réponse motrice en contrôlant un muscle squelettique. La voie motrice est composée de deux cellules, le motoneurone supérieur et le motoneurone inférieur. Le motoneurone supérieur a son corps cellulaire dans le cortex cérébral et ses synapses sur une cellule dans la matière grise de la moelle épinière. Le motoneurone inférieur est cette cellule de la matière grise de la moelle épinière dont l'axone s'étend jusqu'à la périphérie où il se synapse avec un muscle squelettique dans une jonction neuromusculaire.
Questions de révision
Q. Si un thermorécepteur est sensible aux sensations de température, à quoi un chimiorécepteur serait-il sensible ?
A. lumière
B. son
C. molécules
D. vibrations
Réponse : C
Q. Lequel de ces endroits est celui où le niveau d'intégration est le plus élevé, dans l'exemple du test de la température de la douche ?
A. muscle squelettique
B. moelle épinière
C. thalamus
D. cortex cérébral
Réponse : D
Q. Combien de temps prend toute la signalisation par la voie sensorielle, au sein du système nerveux central et par la voie de commande motrice ?
A. 1 à 2 minutes
B. 1 à 2 secondes
C. fraction de seconde
D. varie selon le potentiel graduel
Réponse : C
Q. Quelle est la cible d'un motoneurone supérieur ?
A. Cortex cérébral
B. motoneurone inférieur
C. muscle squelettique
D. thalamus
Réponse : B
Questions sur la pensée critique
Q. Les fibres sensorielles, ou voies, sont appelées « afférentes ». Les fibres motrices, ou voies, sont appelées « efférentes ». Que pouvez-vous déduire de la signification de ces deux termes (afférent et efférent) dans un contexte structurel ou anatomique ?
A. Afférant signifie « vers », comme dans les informations sensorielles qui circulent de la périphérie vers le SNC. Efférent signifie « loin », comme dans les commandes motrices qui se déplacent du cerveau vers la moelle épinière jusqu'à la périphérie.
Q. Si une personne souffre d'un trouble moteur et ne peut pas bouger son bras volontairement, mais que ses muscles ont du tonus, quel motoneurone, supérieur ou inférieur, est probablement affecté ? Expliquez pourquoi.
R. Le motoneurone supérieur serait affecté parce qu'il transmet la commande du cerveau vers le bas.
Lexique
- potentiel d'action
- changement de tension d'une membrane cellulaire en réponse à un stimulus qui entraîne la transmission d'un signal électrique ; unique aux neurones et aux fibres musculaires
- cortex cérébral
- couche superficielle de matière grise du cerveau, où se produit la perception consciente
- potentiel gradué
- modification du potentiel de la membrane dont la taille varie en fonction de la taille du stimulus qui la déclenche
- motoneurone inférieur
- deuxième neurone de la voie de commande motrice directement connecté au muscle squelettique
- neurotransmetteur
- signal chimique qui est libéré par le bulbe terminal synaptique d'un neurone pour provoquer une modification de la cellule cible
- gyrus précentral du cortex frontal
- région du cortex cérébral responsable de la génération des commandes motrices, où se trouve le corps cellulaire supérieur du motoneurone
- propagation
- mouvement d'un potentiel d'action sur la longueur d'un axone
- thalamus
- région du système nerveux central qui sert de relais aux voies sensorielles
- thermorécepteur
- type de récepteur sensoriel capable de transformer les stimuli de température en potentiels d'action neuraux
- seuil
- tension de membrane à laquelle un potentiel d'action est initié
- motoneurone supérieur
- premier neurone de la voie de commande motrice dont le corps cellulaire se trouve dans le cortex cérébral qui se synapse sur le motoneurone inférieur de la moelle épinière