Neurones et système nerveux

Presque tous les animaux (tous sauf les éponges et les placozoaires) et eux seuls ont un système nerveux.

Le système nerveux contient des neurones. Les neurones sont des cellules.

Les neurones

Le système nerveux d'un éléphant a plus de deux cents milliards (deux cents mille millions) de neurones. Certains vers très petits ont seulement quelques centaines de neurones.

Structure

Schéma d'un neurone

Les neurones ont un corps cellulaire, qui contient le noyau. Ce corps mesure entre un deux-centième de millimètre et un dixième de millimètre.

Outre le corps, les neurones ont (typiquement) deux sortes de prolongements, qui portent l'influx nerveux:

  • Un axone, qui peut être court, mais qui peut aussi avoir une longueur de plusieurs mètres. Vers le bout de l'axone, il y a ramifications. Lorsque l'axone est long, chez les vertébrés1, il est généralement entouré d'une gaine de myéline qui rend plus rapide la transmission de l'influx nerveux. La myéline est une substance grasse, blanchâtre.
  • Des dentrites, souvent en grand nombre (un millier ou plus), qui partent du corps cellulaire et forment des embranchements sur toute leur longueur.

Les nerfs (des vertébrés) ne contiennent pas de corps cellulaires, mais seulement des faisceaux d'axones (ou des dendrites particulières, myélinisées). C'est la myéline de ces axones qui donne la couleur blanche aux nerfs. Les corps neuronaux sont rassemblés dans les ganglions nerveux et dans le système nerveux central (cerveau et moëlle épinière, chez les vertébrés), qui peut être vu comme un rassemblement de ganglions.

L'axone est parcouru en particulier de microtubules. Les microtubules sont des tubes très fins (diamètre de l'ordre de 0,024 millièmes de millimètre), présents dans les cellules d'eucaryotes en général et qui y jouent des rôles variés. Un de leurs rôles dans les axones est le transport actif de substances en provenance du corps du neurone. Les microtubules sont aussi le lieu où, selon les hypothèses de Roger Penrose et Stuart Hameroff, se dérouleraient des processus quantiques non algorithimiques2.

L'influx nerveux

L'influx entre par les dendrites, sort par l'axone

L'influx nerveux, ou potentiel d'action, part du corps cellulaire et parcourt l'axone. Dans un axone, l'influx va toujours dans le sens sortant, du corps vers l'extrémité. Dans les dendrites, l'influx va au contraire dans le sens entrant.

On dit souvent que l'influx nerveux est un signal électrique; mais ce n'est pas un signal électrique comme celui qui parcourt les fils électriques. C'est plutôt un phénomène électrochimique, où une perturbation - dépolarisation - des propriétés électrochimiques de la membrane de l'axone se propage à la manière de la chute des dominos.

L'influx nerveux se propage à une vitesse entre 1 m/s et 100 m/s. La myéline augmente la vitesse de propagation. Celle-ci augmente aussi avec le diamètre de l'axone.

L'influx nerveux est une impulsion courte, de l'ordre de quelques millièmes de seconde; la dépolarisation de la membrane est suivie immédiatement d'une repolarisation. Après quelques millièmes de seconde de plus, la membrane est prête à être à nouveau dépolarisée. Les informations sont transmises par des trains d'impulsions de fréquence variable, avec un maximum de l'ordre d'une centaine par seconde.

Il n'y a pas que dans les neurones qu'il peut y avoir ces potentiels d'action; exemple le muscle cardiaque. On ne peut donc pas tout à fait dire que le potentiel d'action est ce qui caractérise les neurones. On lit (?) qu'il y aussi des potentiels d'action dans certaines plantes.

Les documents parlent surtout du potentiel d'action des axones; moins de celui des dendrites.

Les synapses

Synapse, entre un bouton terminal d'axone et une dendrite

Le potentiel d'action parcourt l'axone, se divisant éventuellement aux embranchements rencontrés vers l'extrémité. Il aboutit enfin à un bouton terminal d'où, à travers une synapse, l'impulsion sera transmise à un autre neurone, ou éventuellement à un muscle ou à d'autres types de cellules (cellules glandulaires).

Le passage du signal à travers la synapse se fait généralement par un mécanisme chimique, mettant en jeu diverses molécules appelées neurotransmetteurs. Lorsque le potentiel d'action arrive au bouton terminal, il provoque la libération de ces molécules dans la synapse. Celles-ci diffusent jusqu'à la surface de la cellule réceptrice; dans le cas d'un neurone, il s'agira généralement de la surface d'une dendrite ou parfois du corps cellulaire. Là les molécules de neurotransmetteur sont détectées par des récepteurs spécialisés. Le temps de transmission est très rapide (inférieur à la milliseconde?).

Dans le cas où le récepteur est un muscle, l'effet d'un train d'impulsions venant d'un neurone est de provoquer la contraction des fibres concernées.

Lorsque le récepteur est un neurone, celui-ci est «informé» du signal. Il y aurait environ un million de milliards de synapses dans un cerveau humain - soit environ dix mille par neurone. Cela impliquerait que chaque axone ait environ dix mille boutons terminaux? Quoi qu'il en soit, chaque neurone est conçu, dans la vision dominante aujourd'hui, comme l'unité de base de traitement de l'information; recevant d'un côté - surtout sur la surface de ses dendrites - l'information que lui transmettent d'autres neurones, et retransmettant par son axone les signaux sortants, vers d'autres neurones.

La mémoire du neurone?

L'effet sur le neurone récepteur est, selon la version actuellement dominante, de provoquer ou au contraire, selon le cas, d'inhiber l'émission d'un potentiel d'action par celui-ci. Le neurone se comporterait alors comme une sorte de dispositif de calcul, effectuant la somme (en plus et en moins) des influx qui lui parviennent, et déclenchant ou non en fonction de cette somme un influx dans son propre axone.

Dans ces conditions, le neurone n'apparaît pas comme possédant une «mémoire», c'est-à-dire capable de changer d'état de manière durable. Il reçoit des signaux, les transforme et les retransmet, puis revient à son état de départ.

Pourtant, de manière évidente, le cerveau est le siège d'une mémoire. De mémoires de différentes sortes, avec différentes durées, mais en tout cas d'une mémoire. Il faut bien, donc, que ce qui se passe dans les neurones laisse une trace durable d'une manière ou d'une autre.

La théorie qui a le plus cours encore aujourd'hui est celle énoncée dans les années 1940-50 par Donald Hebb («modèle hebbien»). La mémoire serait inscrite par des changements de force des synapses. Lorsque le signal passant d'un neurone à un autre réussirait à provoquer un signal sortant du deuxième neurone, cela renforcerait, de manière durable, l'efficacité de la synapse; au contraire, les synapses qui ne réussissent pas s'affaibliraient et disparaîtraient. La mémoire, c'est donc, selon ce modèle, l'effet de la plasticité synaptique..

Les cellules gliales

1. Plus exactement, chez les vertébrés gnathostomes = les vertébrés à mâchoires; ce qui exclut les bestioles style lamproies.

2. Voir en particulier Roger Penrose, Les Ombres de l'esprit: à la recherche d'une science de la conscience, éd. InterÉditions, 1995 (trad. de Shadows of the Mind, 1994). Voir aussi le site Web de Stuart Hameroff.