Chapitre 10 — Représentation cognitive de l’espace · Topic 2 · Leçon 2.1
Avant d’aborder les cellules de lieu et de grille (Topic 3), il faut comprendre l’unité de base : le neurone et son langage électrique, le potentiel d’action (PA). Cette leçon rappelle l’anatomie fonctionnelle du neurone, les phases du PA, la loi du tout ou rien, et le codage en fréquence.
🎯 Objectifs pédagogiques
- Décrire les 4 compartiments fonctionnels du neurone ;
- Décrire les phases du PA (repos, dépolarisation, repolarisation, hyperpolarisation) ;
- Comprendre la loi du tout ou rien et le codage en fréquence ;
- Identifier le rôle du cône axonique.
🧭 Plan de la leçon
- Anatomie fonctionnelle du neurone
- Le potentiel de repos
- Le potentiel d’action : phases et mécanismes
- Loi du tout ou rien et codage en fréquence
- Conduction axonale et gaine de myéline
1. Anatomie fonctionnelle du neurone
- Dendrites : arborisation d’entrée. Reçoivent les synapses des autres neurones. Intègrent les signaux excitateurs (PPSE) et inhibiteurs (PPSI) ;
- Soma (corps cellulaire) : contient le noyau et les organites. Fait la sommation des entrées ;
- Cône axonique : région à l’émergence de l’axone où se décide le déclenchement du PA (site d’initiation) ;
- Axone : long prolongement conduisant le PA vers les terminaisons synaptiques (sortie).
Cette polarisation fonctionnelle (entrée → intégration → sortie) explique la propagation unidirectionnelle de l’information nerveuse.
2. Le potentiel de repos
Au repos, la membrane du neurone est polarisée : intérieur négatif par rapport à l’extérieur, à ~-70 mV.
Cette polarisation résulte de :
- La perméabilité sélective aux ions (surtout K+ au repos, via canaux de fuite K+) ;
- Le gradient ionique maintenu par la pompe Na+/K+-ATPase (3 Na+ sortent, 2 K+ entrent, contre ATP) ;
- La distribution asymétrique : Na+ et Cl– majoritairement dehors, K+ et anions organiques majoritairement dedans.
3. Le potentiel d’action : phases et mécanismes
- Potentiel de repos (-70 mV) ;
- Dépolarisation seuil : stimulus qui amène le potentiel à ~-55 mV (seuil d’excitabilité) ;
- Dépolarisation rapide : ouverture des canaux Na+ voltage-dépendants → entrée massive de Na+ → potentiel monte jusqu’à ~+30 mV ;
- Repolarisation : inactivation des canaux Na+ + ouverture des canaux K+ voltage-dépendants → sortie de K+ → potentiel redescend ;
- Hyperpolarisation transitoire (~-80 mV) puis retour au repos.
Durée totale : ~1-2 ms. Suivi d’une période réfractaire absolue (~1 ms, aucun PA ne peut se déclencher) puis relative (seuil augmenté).
4. Loi du tout ou rien et codage en fréquence
Le PA obéit à la loi du tout ou rien : soit le seuil est atteint et le PA est déclenché avec toujours la même amplitude (+100 mV de variation), soit il ne se passe rien. Il n’y a pas de « demi-PA ».
Comment code-t-on alors l’intensité d’un stimulus ? Par la fréquence de décharge (nombre de PA par seconde) et par le nombre de neurones recrutés :
- Stimulus faible → PA rares (~5-10 Hz) ;
- Stimulus intense → PA fréquents (jusqu’à ~500 Hz).
5. Conduction axonale et gaine de myéline
| Type d’axone | Vitesse | Mécanisme |
|---|---|---|
| Non myélinisé | 0,5 – 2 m/s | Conduction continue, de proche en proche |
| Myélinisé | 10 – 120 m/s | Conduction saltatoire (saut d’un nœud de Ranvier à l’autre) |
La myéline est produite par les oligodendrocytes (SNC) ou les cellules de Schwann (SNP). Elle isole électriquement l’axone. Les nœuds de Ranvier (intervalles non myélinisés) contiennent une forte densité de canaux Na+ → le PA « saute » d’un nœud à l’autre, ce qui accélère massivement la conduction.
La sclérose en plaques (SEP) est une pathologie auto-immune où la myéline du SNC est détruite. Résultat : la conduction axonale ralentit ou s’interrompt → symptômes moteurs, sensoriels et cognitifs. Illustre l’importance vitale de la myéline pour un fonctionnement neuronal rapide et efficace.
🧠 À retenir absolument
- 4 compartiments : dendrites (entrée) → soma (intégration) → cône axonique (décision) → axone (sortie).
- Potentiel de repos : -70 mV, maintenu par la pompe Na+/K+-ATPase et la perméabilité au K+.
- PA en 5 phases : repos → seuil (-55 mV) → dépolarisation (+30 mV, Na+) → repolarisation (K+) → hyperpolarisation (-80 mV).
- Durée PA ~1-2 ms. Période réfractaire absolue puis relative.
- Loi du tout ou rien : amplitude fixe. Intensité codée par la fréquence de décharge.
- Conduction : continue (axone nu, 0,5-2 m/s) vs saltatoire (axone myélinisé, jusqu’à 120 m/s, nœuds de Ranvier).
- Myéline : oligodendrocytes (SNC) / cellules de Schwann (SNP). SEP = démyélinisation du SNC.
❓ Questions fréquentes
Pourquoi le seuil est-il à -55 mV et pas à une autre valeur ?
Parce que c’est le potentiel de membrane à partir duquel les canaux sodiques voltage-dépendants s’ouvrent en masse et enclenchent une boucle positive : entrée de Na⁺ → dépolarisation → ouverture de plus de canaux Na⁺ → etc. C’est un phénomène « catastrophique » (au sens mathématique). La valeur exacte du seuil dépend de la densité et du type de canaux Na⁺ à cet endroit, ce qui explique que le cône axonique (très dense en canaux Na⁺) soit le lieu privilégié d’initiation du PA.
Pourquoi une période réfractaire absolue ?
Parce que juste après un PA, les canaux Na⁺ sont dans un état « inactivé » (différent de « fermé ») : ils ne peuvent pas se rouvrir avant de récupérer leur état fermé (nécessitant un retour au potentiel de repos). Cette période réfractaire absolue (~1 ms) garantit la propagation unidirectionnelle du PA le long de l’axone et limite la fréquence maximale de décharge (~1000 Hz théorique, en pratique 200-500 Hz).
Comment un neurone atteint-il 500 Hz de décharge ?
C’est très intense et pas la norme (la plupart des neurones sont à 5-50 Hz au maximum). Certains neurones sensoriels ou moteurs très spécialisés (cellules ciliées auditives, motoneurones) peuvent effectivement atteindre 200-500 Hz. Cela nécessite une machinerie ionique optimisée (canaux Na⁺ à récupération rapide, pompes très actives) et un métabolisme intense (grosse consommation d’ATP).
Quelle différence entre PPSE et PA ?
Un PPSE (potentiel post-synaptique excitateur) est une petite dépolarisation locale (~1-5 mV) produite au niveau d’une synapse par l’ouverture de canaux ligand-dépendants. Il n’est pas propagé activement et s’atténue avec la distance. Un PA est un événement actif, stéréotypé (+100 mV), déclenché au cône axonique quand la sommation des PPSE atteint le seuil. Autrement dit : les PPSE sont le « vote » ; le PA est la « décision » qui est ensuite envoyée par l’axone.
🚀 Pour aller plus loin
Contenu pédagogique original — Réussir SVT. L’équipe Réussir SVT.