Voyage dans le cerveau - 22/05/2005

Le neurone est une cellule, au même titre qu'une cellule du foie ou du cœur, mais sa fonction première est différente de ces deux dernières puisqu'elle sert principalement à propager de l'information sur de grandes distances.

De cette fonction caractéristique en découle une forme tout à fait particulière au neurone qui possède un corps cellulaire entouré d'une ou de plusieurs ramifications qui peuvent atteindre une longueur allant parfois jusqu'à un bon mètre.

Les neurones forment un réseau sophistiqué de connexions, qui permet de redistribuer l'information, en parallèle ou en série, dans différentes aires corticales. Les messages transitent selon deux formes différentes : électrique à l'intérieur du neurone, et, le plus souvent, chimique pour passer d'un neurone à l'autre.

L'architecture du neurone

Avant d'expliciter la fonction de la cellule nerveuse, il est utile de s'arrêter quelques instants sur sa forme caractéristique. Comme toutes les cellules, elle possède un corps cellulaire, ou soma, mais, contrairement à ces dernières, des ramifications s'étendent depuis ce corps cellulaire selon une structure arborescente. On distingue deux types de prolongements :

Axone et collatérales d'axone. Un peu à la manière d'un fil électrique, l'axone véhicule les messages nerveux à distance, dans le système nerveux. Le sens de la transmission de l'information nerveuse est indiqué par les flèches. © DR 

• L'information provenant des neurones en amont est transmise par l'intermédiaire des dendrites, on parle alors de signaux d'entrée ou « Inputs». 
• L'information quitte le neurone par l'intermédiaire de l'axone pour être transmise à un ou plusieurs neurones en aval, on parle dans ce cas de signaux de sortie ou « Outputs ».

Un neurone maintient un contact avec de nombreuses autres cellules nerveuses, ces contacts sont appelés des synapses. En moyenne, on comptabilise 10.000 connexions pour une cellule nerveuse. Le signal qui se propage à l'intérieur des ramifications nerveuses est de nature électrique, mais, à la synapse, les messages qui doivent transiter d'un neurone à l'autre sont envoyés, le plus souvent, par l'intermédiaire d'un messager chimique.

Ces substances, appelées neurotransmetteurs, jouent un rôle très important pour notre santé: quand elles sont relâchées en trop grande quantité, il en découle de nombreux dysfonctionnements. Par exemple, l'abus de stupéfiant va modifier le fragile équilibre chimique à la synapse, en l'occurrence, le taux de neurotransmetteurs relâché et ce processus est à la base de l'accoutumance.

Schéma d'un neurone. © DR

Un neurone reçoit un flot d'informations continu et il doit à tout instant juger de l'importance des messages avant de transmettre lui-même la synthèse des informations reçues plus loin. On dit que le neurone « intègre » l'ensemble des messages électriques reçus par l'intermédiaire de ses dendrites. Ce processus d'intégration est localisé dans le soma. Si l'information est jugée suffisamment conséquente, le neurone va en avertir ses voisins au moyen d'un potentiel d'action, sinon, il restera silencieux et le flot de l'information s'arrêtera là.

Les différents types de neurones

On distingue plusieurs classifications de neurones selon le nombre de neurites, leur forme anatomique, leur fonction et le type de neurotransmetteurs qu'ils sécrètent. © DR

1. Distinction selon le nombre de neurites

• 1 neurite : neurone unipolaire ;
• 2 neurites : neurone bipolaire ;
• n neurites: neurone multipolaire.

2. Distinction anatomique (3 exemples)

• Les cellules pyramidales se trouvent dans la matière grise ou cortex cérébral ;
• les neurones en étoiles se trouvent également dans le cortex cérébral ;
• les cellules de Purkinje sont des cellules aux ramifications très nombreuses et diffuses que l'on retrouve exclusivement dans le cervelet.

3. Distinction selon leur fonction

• Les neurones sensoriels sont directement reliés aux organes des sens et sont responsables de faire transiter l'information sensorielle (on dit aussi information ascendante) vers le cerveau.
• Les motoneurones ou neurones moteurs se chargent de faire transiter les ordres provenant du cerveau (on dit également information descendante) en direction des muscles.
• Les interneurones sont représentés par tous les neurones qui ne sont ni sensoriels ni moteurs mais qui font la jonction entre ces deux types de neurones.

Les cellules de soutien

L'architecture neuronale est soutenue par un aggloméra de cellules qualifiées de cellules gliales ou cellules de soutien. En voici les principaux constituants :

• les astrocytes s'occupent de réguler la concentration de diverses substances contenues dans le milieu cellulaire. On pense également qu'ils ont un rôle important pour seconder les neurones dans le traitement de l'information.
• les cellules de Schwann et les oligodendrocytes sont des cellules particulières qui forment une gaine isolante, composée de myéline, qui s'enroulent autour des fibres nerveuses. Cette espèce d'isolation biologique sert à optimiser la vitesse de conduction de l'information le long de l'axone.

Représentation d'un oligodendrocyte. Comme les cellules de Schwann au niveau des nerfs périphériques, les oligodendrocytes sont à l'origine de la gaine de myéline formée autour d'un très grand nombre d'axones du système nerveux central et de la moelle épinière. La gaine de myéline est interrompue à intervalles réguliers par les nœuds de Ranvier. © DR

La microglie est un type de cellule qui s'occupe en quelque sorte de « faire le ménage », c'est-à-dire de libérer le milieu extracellulaire de tous les déchets cellulaires environnants.

Neurones excitateurs versus neurones inhibiteurs

Lorsque deux neurones sont connectés l'un à l'autre, on les distingue selon le sens de transit de l'information : le neurone présynaptique, c'est-à-dire le neurone situé avant la synapse, transmet l'information au neurone postsynaptique, soit le neurone situé en aval de la synapse. Selon qu'il soit excitateur ou inhibiteur, le neurone présynaptique va imposer deux comportements opposés au neurone postsynaptique :

Implication des microtubules dans le transport axomplasmique. Le matériel à transporter est incorporé dans la membrane de vésicules particulières qui vont migrer du soma vers la partie terminale des axones grâce à l'action d'une protéine, la kinésine, se déplaçant le long des microtubules par un processus dépendant de l'ATP. © DR 

• un neurone excitateur qui décharge va activer le neurone postsynaptique ; 
• un neurone inhibiteur qui décharge va empêcher le neurone postsynaptique de décharger.

Bref voyage au niveau moléculaire

La structure ou cytosquelette du neurone est formée de longues molécules relativement robustes, principalement de l'actine et des microtubules qui sont responsables de soutenir l'architecture de la cellule nerveuse.

Les mitochondries représentent un type d'organelles importantes que l'on trouve principalement dans le soma de toutes les cellules. Elles jouent un rôle crucial puisqu'elles sont capables de puiser de l'énergie dans l'oxygène que nous inhalons et de la transformer en énergie vitale pour la survie du neurone.

Structure du canal ionique membranaire. Les canaux ioniques sont constitués par des protéines insérées dans la membrane qui s'assemblent entre elles pour former un pore. Dans cet exemple, le canal est constitué. © DR

La présence de longues ramifications, appelées « neurites » lorsqu'on ne distingue pas l'axone des dendrites, implique que la cellule nerveuse doit pouvoir faire transiter différents facteurs du soma aux extrémités des neurites. Ce transit porte le nom de « transport axoplasmique » et joue un rôle fondamental, notamment pour l'axone qui ne peut pas synthétiser de protéines et qui doit donc se faire envoyer ces dernières par le soma. Pour que la communication soit correctement établie, il faut que les messages puissent transiter dans les deux sens. On parle de transport axoplasmique antérograde lorsque les molécules transitent du soma aux extrémités et de transport rétrograde dans le sens contraire.

Schéma d'une cellule nerveuse. © DR

La membrane cellulaire, dite aussi membrane phospholipidique, sépare le milieu intracellulaire du milieu extracellulaire. Sa fonction de barrière imperméable joue un rôle critique pour le bon fonctionnement de la cellule nerveuse. Elle est formée d'une double couche phospholipidique. Ce sont des molécules dont une extrémité est polaire (groupe phosphate qui attire l'eau) alors que l'autre extrémité est non polaire (repousse l'eau, comme l'huile par exemple).

Imbriqués dans cette membrane, on trouve des canaux ioniques. Cet aiguillage de protéines forme une sorte de tunnel reliant l'intérieur de l'extérieur de la cellule. Une caractéristique fondamentale de ces canaux est qu'ils peuvent s'ouvrir et se refermer, pour ne laisser pénétrer ou s'échapper dans la cellule que certaines substances spécifiques. C'est la raison pour laquelle un neurone peut être perméable à certains ions et pas à d'autres.

La cellule nerveuse en images

• Astrocyte étoilé

Astrocyte étoilé. © Karin Pierre, Institut de Physiologie, UNIL, Lausanne. © DR

Astrocyte en culture émettant de nombreux prolongements étoilés (en vert). La couleur bleue représente les noyaux des autres cellules présentes dans la culture.

• Astrocytes et neurones en culture

Astrocytes et neurones en culture. © Karin Pierre, Institut de Physiologie, UNIL, Lausanne. © DR

Culture mixte d'astrocytes (en vert) et de neurones (en rouge) issus de cortex de souris. Bleu, noyau des cellules non marquées.

• Astrocytes et neurones en culture

© Karin Pierre, Institut de Physiologie, UNIL, Lausanne. © DR

Présence d'astrocytes (en vert) et de neurones (en rouge) dans une culture mixte de cortex de souris.

• Astrocyte ayant une forme de bonhomme

© Karin Pierre, Institut de Physiologie, UNIL, Lausanne. © DR

Astrocytes (en rouge) dans une culture de cellules issues de cortex de souris. Bleu, noyaux des cellules non marquées de la culture.

• Double marquage d'un astrocyte

© Karin Pierre, Institut de Physiologie, UNIL, Lausanne. © DR

Double marquage immunocytochimique d'un astrocyte en culture. Vert, protéine spécifique des astrocytes, la GFAP. Rouge, une protéine du métabolisme cellulaire, la lactate déshydrogénase. Bleu, noyaux des cellules.

• Neurones et leurs synapses

© Karin Pierre, Institut de Physiologie, UNIL, Lausanne. © DR

Culture de neurones corticaux de souris doublement marqués pour une protéine de structure, le MAP2 (en rouge) et une protéine du métabolisme, un transporteur de monocarboxylates (en vert). L'aspect punctiforme de la réaction traduit un marquage de type synaptique.

• Double marquage de neurones corticaux

© Karin Pierre, Institut de Physiologie, UNIL, Lausanne. © DR

Culture de neurones corticaux de souris doublement marqués pour une protéine de structure, le MAP2 (en rouge) et une protéine du métabolisme, un transporteur de monocarboxylates (en vert).

Note : les figures et légendes présentées ici sont tirées du livre Neurosciences. À la découverte du cerveau. Avec l'aimable autorisation des auteurs: M.F. Bear, B.W. Connors, et M.A. Paradiso.