La communication nerveuse est caractérisée par la propagation d'un signal au niveau des neurones sous forme de potentiels d'action. Le codage de l'information se fait selon la fréquence d'émission des potentiels d'action.
La transmission du message d'une cellule à l'autre nécessite une structure particulière nommée synapse.
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1. Structure et organisation du système nerveux


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Le système nerveux central (2) est composé de l'encéphale (1) couvrant le cervelet (gris foncé) poursuivi par la moëlle épinière (3).

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Le système nerveux périphérique (en bleu) est formé des nerfs, mais aussi des organes sensoriels (différenciés ou diffus). On distingue des nerfs sensoriels (voie afférente), des nerfs moteurs (voie efférente) qui commandent notamment les contractions musculaires et des nerfs mixtes assurant les deux fonctions. Les nerfs sont distingués aussi selon leur attachement au système nerveux central avec des nerfs crâniens et des nerfs spinaux.
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Les nerfs optiques sont reliés de manière croisée - chiasma - aux yeux (organe sensoriel différencié). Ce sont des nerfs crâniens qui projettent leur information sur une zone très particulière à l'arrière de l'encéphale, le cortex visuel.
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Les nerfs sont constitués de nombreuses fibres nerveuses (axones ou dendrites) liés à de multiples neurones.

Neurone

Chaque neurone comprends des dendrites afférentes et un unique axone efférent (terminé le plus souvent par une arborisation). Les neurones sont reliés entre eux par des synapses.

On distingue deux types principaux de neurones selon l'habillage de l'axone, des neurones dont la circulation de l'information est "normale" sans myéline (schéma plus haut) et des neurones myélinisés avec une gaine de myéline et dont la circulation de l'information est plus rapide (schéma plus bas).

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Les neurones sont reliés entre eux par des synapses et reliés aux autres organes comme les musques par des jonctions du même type. Les synapses présentent un élargissement nommé bouton synaptique qui contient des vésicules de messagers chimiques, les neurotransmetteurs. A l'arrivée d'un message nerveux quelques vésicules sont déversées dans l'espace de la fente synaptique et les neurotransmetteurs se fixent sur la membrane postsynaptique du neurone suivant (ou de la cellule suivante : cellule musculaire par exemple). Ceci déclenche un message nerveux postsynaptique (ou une réponse adaptée de la cellule).

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2. Physiologie du système nerveux


La physiologie est l'étude du fonctionnement des organes et de l'organisme.

Au repos les neurones présentent une charge nommée potentiel de repos. La charge est relativement négative à l'intérieur de la cellule, positive à l'extérieur. Elle est d'environ -70 mV mais cette valeur peut varier selon les neurones. Cette valeur est mesurable avec des microélectrodes bien placées et reliées à un voltmètre sensible.

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Cette charge inégale est liée à une répartition inégale des ions sodium et potassium de part et d'autre de la membrane cellulaire. Les ions sodium sont plus concentrés dans le milieu extra-cellulaire alors que les ions potassium sont concentrés dans le cytoplasme. Ce déséquilibre est maintenu par une pompe active à sodium-potassium (ATP dépendante).

Le message nerveux se traduit par la formation d'un potentiel d'action lié à l'ouverture de canaux sodium et à une entrée de cet ion dans la cellule, ce qui se traduit par une dépolarisation positive de 40 mV, puis par celle de l'ouverture de canaux à potassium ce qui forme une repolarisation suivie d'une hyperpolarisation d'environ -90 mV liée à une sortie des ions potassium. Puis le potentiel de repos est rétabli par une pompe active à sodium-potassium. Une stimulation artificielle peut déclencher un potentiel d'action si elle est suffisante (stimulation dite supraliminaire).

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> Vidéo - Potentiel d'action et circulation des ions

Il y a en finalité des canaux à sodium (voltage dépendants) conduisant à la dépolarisation liée à une entrée de sodium dans la cellule, des canaux à potassium d'action plus tardive (voltages dépendants) conduisant à une repolarisation et hyperpolarisation suite à la sortie de cet ion de la cellule et une pompe active à sodium-potassium ATP dépendante qui rétablit et maintient le potentiel de repos.

Selon le schéma ci-dessous sur une fibre amyélinisée, la conduction se fait de proche en proche et est relativement lente. Ce sont des courants locaux qui sont générés.
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©© bysa - L.Taylorj - Wikipedia

Dans le cas des fibres myélinisées, la condution est plus rapide et saute de noeuds de Ranvier en noeud de Ranvier. C'est une condution dite saltatoire.

Plus le signal stimulateur est important et plus la fréquence des potentiels d'action est importante. Le message nerveux est codé en fréquence des potentiels d'action. Par exemple dans le cas des récepteurs epithéliaux de la douleur (message sensoriel), si la douleur est faible, la fréquence des pa sera faible, si la douleur est forte, cette fréquence sera forte. Dans le cas d'une contraction musculaire (message moteur), plus la fréquence des potentiels d'action sera forte et plus la contraction sera importante.

Au niveau des synapses, plus la fréquence des potentiels d'action sera forte et plus il y aura de vésicules synaptiques déversées dans la fente. Le taux de neurotransmetteurs en sera en conséquence augmenté. Ils seront d'autant plus nombreux à se fixer sur les récepteurs postsynaptiques et déclancheront un ou un train de potentiels d'action, poursuivant ainsi le message nerveux dans le neurone suivant. Les neurotransmetteurs en excès seront réabsorbés ou détruits ce qui limite dans le temps leur action. Au niveau d'une synapse neuro-musculaire, les neurotransmetteurs déversés déclenchent une contraction musculaire.

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Source - Annales du bac

L'arrivée d'un train de pa (message nerveux) (1) se traduit par l'ouverture dans la fente synaptique d'autant plus de vésicules que la fréquence est importante (2). Les neurotransmetteurs spécifiques se fixent sur des récepteurs postsynaptiques (3) et déclenchent l'ouvertures de canaux à sodium, puis potassium, mettant ainsi en oeuvre des pa postsynaptiques (4) qui poursuivent le message nerveux. L'excès de neurotransmetteurs est détruit ou réabsorbé (5) et stocké de nouveau dans les vésicules pré-synaptiques.
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Bilan - Le réflexe myotatique

Le réflexe myotatique est un réflexe maintenant la posture tonique. Le muscle réponds à son propre étirement. Lorsque le muscle s'étire le fuseau neuromusculaire est excité et envoit un message nerveux au neurone en T dont le corps cellulaire se trouve dans le ganglion postérieur de la moëlle épinière. Celui stimule par synapse interposée un motoneurone (ou neurone moteur) dont le corps cellulaire est dans le substance grise de la moëlle épinière. Celui-ci envoit un message nerveux qui par une synapse neuro-musculaire déclenche une contraction du muscle.
Ainsi un muscle qui tends à se relacher (étirement), tends à se re-contracter ce qui lui maintient une posture tonique stable.

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Source - Annales du bac

Cet étude est l'occasion de se faire une première idée de la structure de la moëlle épinière.

> Vidéo - Le réflexe myotatique