L’électricité et le cerveau

Partie 3 de 3 : Le courant électrique qui forme le potentiel d’action

Le voltage négatif du neurone attire les charges positives à l’extérieur, mais elles ne peuvent rentrer parce que la membrane neuronale l’en empêche. C’est alors qu’intervient un autre groupe de protéines qui sont sensibles au voltage du neurone (canaux ioniques voltage dépendant). Ces protéines, spécifiques pour un seul atome, ont une structure qui ressemble à un tube avec une porte qui peut s’ouvrir si un certain potentiel est atteint. Ainsi, lorsqu’un neurone reçoit un stimulus (des 5 sens ou d’un autre neurone), il y a une fluctuation du potentiel de repos du neurone (Figure 4). Si un potentiel spécifique est atteint, les portes des protéines voltage dépendant s’ouvrent et laissent passer les charges positives. Ce mouvement de charges est un courant électrique que l’on peut mesurer en ampère, habituellement de l’ordre du picoampère (10^-12 ampère).

Lorsqu’on pense à l’électricité du cerveau, il y a deux canaux voltage dépendant très important : les canaux sodiques (Na+) et les canaux potassiques (K+). Lorsque le neurone est dépolarisé de façon à atteindre un certain potentiel (potentiel seuil), ces deux canaux s’ouvrent et laisse passer leurs atomes (ions) spécifiques (Figure 4). Il faut noter que les canaux sodiques ont une cinétique plus rapide (s’ouvrent plus rapidement) que les canaux potassiques ; ils s’ouvriront donc en premier, le sodium entrera rapidement dans le neurone et il y a alors une augmentation de charges positives à l’intérieur du neurone, jusqu’à ce que les canaux sodiques se ferment. À ce moment, le voltage dans le neurone s’élève jusqu’à environ +40 millivolt (mV). C’est alors qu’entre en jeu les canaux potassiques. Ils permettront aux ions potassiques de sortir du neurone pour ainsi éliminer des charges positives de l’intérieur du neurone et permettre au neurone de rétablir un voltage négatif. Cette séquence d’ouverture et de fermeture très rapide s’appelle le potentiel d’action. Ce potentiel d’action se développera dans le corps cellulaire du neurone et se propagera le long de l’axone, un peu comme une vague dans l’eau, jusqu’à ce qu’il en atteigne l’extrémité où il pourra communiquer avec un autre neurone, permettre la contraction musculaire, permettre la libération d’hormones, etc.

Eric Trudel

Université McGill

L’électricité et le cerveau

Partie 2 de 3 : La membrane neuronale et l’établissement du voltage du neurone

Les « murs » des neurones (membrane neuronale) sont composés de gras spéciaux qui séparent totalement l’intérieur du neurone de l’extérieur. Si nous prenons ces gras spéciaux et que nous les plaçons dans l’aquarium mentionné ci-dessus, ils formeront spontanément une sphère avec une répartition uniforme des minéraux (ceux préalablement dissout dans l’aquarium à la partie 1) à l’intérieur et à l’extérieur de la sphère (électriquement neutre). Nous avons alors l’ébauche d’un neurone.

La membrane neuronale contient plusieurs protéines qui différencient les neurones de toutes les autres cellules. Un groupe en particulier, qu’on nomme les pompes ou les échangeurs, s’occupe de transférer un ou plusieurs atomes de l’autre côté de la membrane (Figure 3). Par conséquent, si nous introduisons ce groupe de protéines dans la membrane de l’exemple de l’aquarium ci-dessus, un groupe de protéines se chargera d’éliminer les atomes de sodium de l’intérieur du neurone, un autre groupe se chargera de concentrer les atomes de potassium à l’intérieur du neurone, etc (Tableau 1). Le résultat net sera une diminution de plusieurs charges positives (Na+, Ca2+) à l’intérieur du neurone et l’intérieur sera chargé négativement formant ainsi d’une différence de potentiel (environ -60 millivolt) ; c’est ce qu’on appelle le potentiel de repos.

Eric Trudel

Université McGill