Structure du neurone
Le neurone est une cellule hautement différenciée, post-mitotique après la période périnatale. Sa polarité fonctionnelle est stricte : informations reçues par les dendrites, intégrées dans le soma, transmises unidirectionnellement via l'axone jusqu'aux boutons terminaux synaptiques.
Les protéines synthétisées dans le soma doivent atteindre des terminaisons parfois distantes d'un mètre. Transport antérograde (kinésine, sur microtubules) : rapide 200–400 mm/j (vésicules synaptiques, mitochondries) ou lent 1–10 mm/j (cytosquelette). Transport rétrograde (dynéine) : retour des facteurs trophiques (NGF, BDNF) et des vésicules dégradées. Perturbations → maladies neurodégénératives (SLA, Alzheimer).
Types de neurones
Les neurones se classifient selon leur morphologie (nombre de prolongements), leur rôle fonctionnel dans le circuit nerveux ou leur neurotransmetteur principal. Plus de 100 types de neurones distincts ont été identifiés dans le seul cortex cérébral.
Le potentiel d'action
Le potentiel d'action (PA) est un événement électrique stéréotypé de type "tout ou rien" qui se propage sans atténuation le long de l'axone. Il repose sur l'ouverture et la fermeture séquentielles des canaux ioniques voltage-dépendants (Nav, Kv).
La pompe Na⁺/K⁺-ATPase maintient l'asymétrie ionique (3 Na⁺ sortent / 2 K⁺ entrent par cycle, ATP-dépendant). Les canaux K⁺ de fuite stabilisent le Vm à −70 mV.
Si la somme des PPSE dépasse le seuil de −55 mV, les Nav s'ouvrent massivement → afflux de Na⁺ → Vm monte à +30 mV en moins d'1 ms. Phénomène tout ou rien.
Inactivation rapide des Nav + ouverture retardée des Kv → efflux de K⁺ → Vm redescend vers la ligne de base en 1–2 ms.
Dépassement par les Kv encore ouverts → période réfractaire absolue (impossible de déclencher un PA) puis relative. Garantit l'unidirectionnalité de la propagation.
La pompe Na⁺/K⁺ restaure les asymétries ioniques en quelques ms. Un seul PA ne mobilise qu'une infime fraction des ions disponibles : le neurone peut décharger des milliers de fois sans épuisement immédiat.
La transmission synaptique
La synapse est la zone de contact fonctionnel entre deux neurones ou entre un neurone et un effecteur. Le cerveau humain contient 100 à 500 trillions de synapses. La fente synaptique mesure 20 à 40 nm — une distance franchie par diffusion en moins de 1 ms.
La synapse chimique (dominante) : l'arrivée du PA ouvre les canaux Cav présynaptiques → afflux Ca²⁺ → activation des protéines SNARE (synaptobrévine, syntaxine, SNAP-25) → fusion des vésicules → exocytose des neurotransmetteurs → liaison aux récepteurs postsynaptiques → PPSE (dépolarisation) ou PPSI (hyperpolarisation).
"Neurons that fire together, wire together." La coactivation répétée pré- et postsynaptique renforce la connexion (LTP — Long-Term Potentiation) : activation des récepteurs NMDA (lever le blocage Mg²⁺) → entrée Ca²⁺ → CaMKII → insertion de récepteurs AMPA → synapse renforcée durablement. À l'inverse, la stimulation désynchronisée affaiblit la synapse (LTD). Ces mécanismes sont la base cellulaire de la mémoire associative et de l'apprentissage (hippocampe).
La synapse électrique (gap junctions, connexines) : transmission bidirectionnelle ultrarapide sans délai chimique. Synchronise les populations neuronales (oscillations gamma, interneurones). Prédominante dans l'embryon, persiste dans certains circuits adultes (rétine, olive inférieure, cortex).
Les neurotransmetteurs principaux
Les neurotransmetteurs agissent sur des récepteurs ionotropes (effets rapides en millisecondes : ouverture de canaux ioniques) ou métabotropes (effets lents en secondes : couplés aux protéines G, cascades de signalisation intracellulaire).
| Neurotransmetteur | Action | Voies principales | Fonctions & cibles thérapeutiques |
|---|---|---|---|
| Glutamate | Excitateur | Cortex, hippocampe, cervelet, thalamus | Apprentissage, mémoire (NMDA, AMPA). Excitotoxicité dans l'AVC et l'épilepsie. |
| GABA | Inhibiteur | Partout dans le SNC | Principal frein neuronal. GABA-A (Cl⁻) — cible des benzodiazépines, barbituriques, alcool. |
| Dopamine | Modulateur | Nigrostrié, mésolimbique, mésocortical | Récompense, motivation, contrôle moteur. Déficit → Parkinson ; excès mésolimbique → psychose. |
| Sérotonine (5-HT) | Modulateur | Noyaux du raphé → tout le SNC | Humeur, sommeil, appétit. Cible des ISRS (dépression, TOC, anxiété). |
| Noradrénaline | Modulateur | Locus coeruleus → cortex, amygdale | Vigilance, attention, stress. Cible des IRSNA, α/β-bloquants. |
| Acétylcholine | Excitateur | Jonction NM, noyaux de Meynert, SNP | Contraction musculaire, mémoire. Déficit → Alzheimer. Cible des inhibiteurs d'AChE. |
| Glycine | Inhibiteur | Moelle épinière, tronc cérébral | Réflexes spinaux, tonus musculaire. La strychnine (antagoniste) → convulsions mortelles. |
| Endorphines | Modulateur | Système opioïde endogène (APC, PAG) | Analgésie, euphorie. Cibles des opiacés (morphine, codéine, fentanyl). |
Neuroplasticité et apprentissage
La plasticité neuronale est la capacité du système nerveux à se modifier structurellement et fonctionnellement en réponse à l'activité, l'expérience, les lésions ou le développement. Elle s'opère du niveau moléculaire (modification des canaux, des récepteurs) au niveau du réseau (réorganisation des projections).
LTP (Long-Term Potentiation) : Induction par stimulation haute fréquence (> 100 Hz). Débloque les récepteurs NMDA (dépolarisation post-synaptique lève le blocage Mg²⁺) → Ca²⁺ → CaMKII → insertion de récepteurs AMPA dans la membrane → renforcement synaptique durable (heures à semaines). La consolidation à long terme nécessite la synthèse de nouvelles protéines (BDNF, Arc, c-Fos) et la croissance de l'épine dendritique.
Neurogenèse adulte : De nouveaux neurones naissent en continu dans le gyrus denté de l'hippocampe (mémoire spatiale et émotionnelle) et le bulbe olfactif. Favorisée par l'exercice aérobie, l'enrichissement de l'environnement et le BDNF. Inhibée par le stress chronique, les glucocorticoïdes et l'alcool.
Après un AVC, les neurones sains proches de la lésion réorganisent leurs projections axonales ("sprouting") pour prendre en charge les fonctions perdues. La rééducation intensive précoce, la contrainte induite du membre sain et la stimulation magnétique transcrânienne répétitive (rTMS) exploitent ces mécanismes plastiques pour maximiser la récupération fonctionnelle. La fenêtre de plasticité maximale se situe dans les 3 à 6 premiers mois post-AVC.
Maladies affectant le neurone
Dégénérescence des neurones cholinergiques (noyau basal de Meynert) puis corticaux. Plaques amyloïdes (Aβ42) et dégénérescences neurofibrillaires (tau hyperphosphorylée). 55 millions de malades. Inhibiteurs d'AChE (donépézil), mémantine, anticorps anti-Aβ (lécaneamab, donanemab, 2023–2024).
Dégénérescence des neurones dopaminergiques de la substance noire (voie nigrostriée). Triade : tremblement de repos, akinésie, rigidité plastique. Corps de Lewy (α-synucléine). L-Dopa + carbidopa, agonistes dopaminergiques, stimulation cérébrale profonde du NST.
Démyélinisation inflammatoire auto-immune des axones du SNC (oligodendrocytes cibles). Ralentissement et blocage de la conduction saltatoire. Clinique protéiforme : névrite optique, paresthésies, déficit moteur, ataxie. Interférons β, natalizumab, ocrélizumab (anti-CD20).
Dérégulation dopaminergique : hyperactivité mésolimbique (hallucinations, délires) et hypoactivité mésocorticale (apathie, alogie). Hypo-glutamatergie NMDA. Antipsychotiques (antagonistes D2), clozapine, aripiprazole (agoniste partiel D2).
Dégénérescence des motoneurones supérieurs (cortex moteur) et inférieurs (corne antérieure, bulbe). Paralysie progressive ascendante. Mutations SOD1, TDP-43, FUS, C9orf72. Riluzole (anti-glutamate), tofersen (ARN antisens anti-SOD1), édavarone.
Hypersynchronisation anormale récurrente : déséquilibre excitation/inhibition (excès glutamate ou déficit GABA). Causes génétiques (canalopathies Nav), structurelles, métaboliques. Valproate, lamotrigine, lévétiracétam, chirurgie (lobectomie temporale si foyer résistant).