Chapitre 1 — L’organisme pluricellulaire · Topic 2 : Cellules spécialisées, tissus et organes · Leçon 2.3
Ton cerveau contient environ 86 milliards de neurones. Chaque fois que tu bouges le petit doigt, que tu lis un mot, que tu ressens une émotion, des milliards de signaux électriques circulent dans ces cellules, à une vitesse qui peut atteindre 120 m/s. Mais entre deux neurones, il y a un tout petit espace — la synapse — que le signal électrique ne peut pas franchir. Comment fait-il, alors ? Cette leçon te raconte l’expérience géniale que Otto Loewi a inventée en 1921, à partir de deux cœurs de grenouille. Elle lui a valu le prix Nobel — et elle a révolutionné toute la neurobiologie.
🎯 Objectifs pédagogiques
À la fin de cette leçon, tu sauras :
- décrire l’anatomie d’un neurone (corps cellulaire, dendrites, axone) ;
- expliquer ce qu’est une synapse et pourquoi le signal doit y changer de nature ;
- chiffrer : 86 milliards de neurones, jusqu’à 120 m/s pour le signal, ~1 m pour l’axone le plus long ;
- reconstituer l’expérience d’Otto Loewi (1921) en trois temps ;
- rédiger une version courte de moins de 100 mots réutilisable en contrôle.
🧭 Plan de la leçon
- Le neurone, une cellule aux formes extrêmes
- Comment un neurone transmet une information
- Argument scientifique : l’expérience de Loewi (1921)
- Ce qu’on sait aujourd’hui : les neurotransmetteurs
1. Le neurone, une cellule aux formes extrêmes
Un neurone est une cellule spécialisée dans la transmission de l’information. Sa forme est unique dans le corps : extrêmement allongée, ramifiée, faite pour connecter. Un neurone comporte trois grandes parties.
| Partie | Description | Rôle |
|---|---|---|
| Corps cellulaire (ou soma) | Renflement de 10 à 50 μm contenant le noyau et les organites | « Cerveau » du neurone — traite les signaux reçus |
| Les dendrites | Nombreuses ramifications courtes autour du corps cellulaire | Reçoivent les signaux venant d’autres neurones |
| L’axone | Un unique long prolongement, parfois très long (jusqu’à 1 m ! De ta moelle épinière à ton gros orteil) | Transmet le signal vers d’autres cellules (neurone, muscle, glande) |
Un corps de neurone mesure ~30 μm, mais son axone peut atteindre 1 mètre : c’est un rapport 30 000 entre les deux extrémités de la même cellule. Autrement dit, si le corps du neurone avait la taille d’une orange (10 cm), son axone mesurerait 3 kilomètres. C’est la cellule la plus longue du corps humain.
On a longtemps cru qu’il y avait « 100 milliards » de neurones dans le cerveau humain. Une chercheuse brésilienne, Suzana Herculano-Houzel, a repris la mesure en 2009 avec une nouvelle méthode (« fractionnement isotropique ») et a trouvé un chiffre plus précis : environ 86 milliards. Le chiffre historique était surestimé de 15 % ! C’est un bel exemple de découverte scientifique récente qui change les manuels.
2. Comment un neurone transmet une information
À l’intérieur d’un neurone, l’information circule sous forme d’un signal électrique : on l’appelle le potentiel d’action. Il naît dans le corps cellulaire, parcourt l’axone d’un bout à l’autre, à une vitesse qui peut atteindre 120 m/s pour les axones les plus rapides — soit plus de 400 km/h !
Mais entre deux neurones (ou entre un neurone et un muscle), il y a toujours un tout petit espace, appelé la fente synaptique. La zone de contact totale s’appelle la synapse. Cet espace mesure environ 20 nanomètres — mille fois plus fin qu’un cheveu — mais il est bien réel. Or, un signal électrique ne peut pas franchir cet espace tout seul.
Fin XIXe siècle et début XXe, les biologistes se déchiraient : comment le signal traverse-t-il la synapse ? Deux camps s’affrontaient. L’école « électriciste » disait que le signal restait de nature électrique (un petit courant sautait d’un neurone à l’autre). L’école « chimiste » disait qu’une substance chimique était libérée par le premier neurone, traversait l’espace, puis déclenchait un nouveau signal électrique dans le second. Personne ne pouvait trancher… jusqu’à Otto Loewi.
3. Argument scientifique : l’expérience de Loewi (1921)
Voici le protocole génial imaginé par Otto Loewi, pharmacologue autrichien, dans la nuit du 26 mars 1921 — l’idée lui est venue en rêve, il s’est levé pour la réaliser, elle lui a valu le prix Nobel de physiologie ou médecine en 1936.
Question de départ : la communication entre un nerf et le cœur (ou entre deux neurones) est-elle purement électrique, ou fait-elle intervenir une substance chimique ?
Protocole : Loewi utilise deux cœurs isolés de grenouille maintenus en survie dans un liquide physiologique salé (un cœur de grenouille bat plusieurs heures hors du corps).
- Le cœur 1 est prélevé avec son nerf vague (le nerf qui, chez le vivant, ralentit le rythme cardiaque). Ce cœur baigne dans un premier bain.
- Le cœur 2 est prélevé sans son nerf vague, dans un second bain.
- Les deux bains sont reliés par un petit tuyau qui permet de transférer le liquide du bain 1 au bain 2.
Loewi stimule électriquement le nerf vague du cœur 1 pendant quelques minutes, puis il pompe le liquide qui baigne le cœur 1 et le fait couler dans le bain du cœur 2 (dont le nerf vague, rappelons-le, n’a pas été stimulé).
Résultats observés :
- Quand on stimule le nerf vague, le cœur 1 ralentit — c’était attendu, le nerf vague est le « frein » du cœur.
- Quelques secondes après avoir reçu le liquide du bain 1, le cœur 2 ralentit à son tour — alors que son nerf vague n’a rien fait, et qu’il n’y a aucune connexion électrique entre les deux cœurs.
- Si on refait l’expérience en ne stimulant pas le nerf vague du cœur 1, le liquide transféré ne change rien au cœur 2 (contrôle).
Conclusion : puisque le cœur 2 ralentit alors qu’il n’a reçu que le liquide baignant le cœur 1, le message ne peut pas être purement électrique — il n’y a plus de courant qui passe. C’est donc une substance chimique, libérée par le nerf vague dans le premier bain, qui déclenche le ralentissement du cœur 2. Loewi baptise cette substance « Vagusstoff » (littéralement « substance du vague »). Elle sera identifiée quelques années plus tard : c’est l’acétylcholine, le tout premier neurotransmetteur découvert. L’expérience règle définitivement le débat électriciste / chimiste : la communication entre neurones (et entre nerf et effecteur) est chimique au niveau de la synapse.
Version courte, réutilisable en devoir surveillé (moins de 100 mots) :
« En 1921, Otto Loewi isole deux cœurs de grenouille dans deux bains reliés. Il stimule le nerf vague du cœur 1 : il ralentit. Puis il transfère le liquide du bain 1 vers le bain 2 : le cœur 2, dont le nerf n’a pas été stimulé, ralentit à son tour. Puisque seul un liquide a été transféré (sans courant), l’information a été portée par une substance chimique — plus tard identifiée comme l’acétylcholine. La communication au niveau de la synapse est donc chimique, pas électrique. Prix Nobel 1936. »
4. Ce qu’on sait aujourd’hui : les neurotransmetteurs
Un siècle après Loewi, on connaît plus de 100 neurotransmetteurs différents. Chacun a un rôle précis. Quelques exemples que tu croiseras dans les médias :
| Neurotransmetteur | Rôle principal |
|---|---|
| Acétylcholine | Contraction musculaire, ralentissement du cœur (Loewi !) |
| Dopamine | Récompense, motivation, plaisir |
| Sérotonine | Humeur, sommeil, appétit |
| Noradrénaline | Vigilance, stress, préparation à l’action |
| GABA | Inhibition (calme les neurones) |
| Glutamate | Excitation (active les neurones) |
Le principe est toujours le même, découvert grâce à Loewi : (1) un signal électrique arrive à l’extrémité de l’axone ; (2) il déclenche la libération de neurotransmetteurs dans la fente synaptique ; (3) ces molécules diffusent (~20 nm) et se fixent sur des récepteurs spécifiques de la cellule voisine ; (4) cette fixation déclenche (ou empêche) un nouveau signal électrique dans la seconde cellule. La transmission est donc électrique dans l’axone, puis chimique dans la synapse.
La plupart des médicaments psychotropes (antidépresseurs, anxiolytiques, antipsychotiques) agissent sur les neurotransmetteurs. Par exemple, les antidépresseurs de type ISRS (Prozac®…) empêchent la sérotonine d’être recapturée par les neurones : elle reste plus longtemps dans la synapse, ce qui améliore l’humeur. Sans les découvertes de Loewi et de ses successeurs, aucun de ces médicaments n’existerait.
🧠 À retenir absolument
- Le neurone est la cellule spécialisée dans la transmission de l’information. Trois parties : corps cellulaire, dendrites, axone (jusqu’à ~1 m !).
- Environ 86 milliards de neurones dans le cerveau humain (Herculano-Houzel, 2009).
- Dans l’axone, le signal est électrique (potentiel d’action, jusqu’à 120 m/s). Entre deux neurones, il y a un petit espace, la synapse.
- Argument-clé (Loewi 1921) : deux cœurs de grenouille dans deux bains. Stimulation du nerf vague du cœur 1 → il ralentit. Transfert du liquide → le cœur 2 ralentit aussi. Preuve qu’une substance chimique transmet le signal.
- Cette substance a été identifiée : c’est l’acétylcholine, premier neurotransmetteur connu. Loewi : prix Nobel en 1936.
- Aujourd’hui : plus de 100 neurotransmetteurs connus (dopamine, sérotonine, GABA, glutamate…). La transmission est électrique dans l’axone, chimique dans la synapse.
❓ Questions fréquentes
Combien de neurones ai-je dans le cerveau ?
Environ 86 milliards, selon la mesure de Suzana Herculano-Houzel (2009). Le chiffre longtemps répété de « 100 milliards » était une estimation ancienne, un peu trop élevée. Sur ces 86 milliards, environ 16 milliards sont dans le cortex cérébral (la fine couche externe où se déroule la pensée consciente) et près de 70 milliards dans le cervelet (à l’arrière, chargé de la coordination des mouvements). Le reste est réparti dans le tronc cérébral, les noyaux profonds, etc.
Pourquoi Loewi a-t-il choisi le cœur de grenouille ?
Trois raisons pratiques : (1) un cœur de grenouille continue à battre plusieurs heures hors du corps s’il baigne dans un liquide salé adapté, ce qui laisse le temps de faire des expériences ; (2) sa taille est idéale pour la manipulation ; (3) le nerf vague est facilement identifiable et stimulable. Loewi ne pouvait pas travailler directement sur un cerveau — trop complexe pour l’époque —, alors il a choisi un système simple qui répondait à sa question : nerf + cœur + un neurotransmetteur bien clair.
Un neurone se régénère-t-il ?
En général, non. La grande majorité des neurones que tu as aujourd’hui sont ceux avec lesquels tu es né(e). Ils ne se divisent pas, contrairement à la plupart des autres cellules. On a longtemps cru que le cerveau adulte ne fabriquait plus jamais de nouveaux neurones — c’est aujourd’hui nuancé : on sait qu’une région appelée l’hippocampe continue à produire quelques nouveaux neurones tout au long de la vie (la neurogenèse adulte). Mais globalement, un neurone détruit (par un AVC, un traumatisme, ou l’alcool) n’est presque jamais remplacé.
Qu’est-ce qu’un potentiel d’action, en pratique ?
C’est un petit changement électrique très bref (environ 1 milliseconde) qui parcourt la membrane du neurone tout au long de l’axone. Concrètement, la membrane s’ouvre à des ions (surtout Na⁺ et K⁺), ce qui inverse brièvement sa charge électrique. Cette inversion se propage de proche en proche, comme une vague. C’est ce qu’on appelle familièrement un « influx nerveux ». Vitesse : de quelques cm/s (fibres fines) à 120 m/s (fibres épaisses et gainées de myéline).
Les émotions viennent-elles des neurotransmetteurs ?
En grande partie, oui. La dopamine est associée à la sensation de récompense (elle est libérée quand tu manges un truc que tu aimes, quand tu réussis un exercice). La sérotonine influence l’humeur et le sommeil. Un déficit de sérotonine est associé à la dépression ; c’est pour ça que la plupart des antidépresseurs agissent sur elle. Mais attention : réduire les émotions à des molécules serait simpliste. Ce sont des réseaux entiers de neurones qui produisent nos ressentis, pas une seule substance.
🚀 Pour aller plus loin
Après le globule rouge (transport) et le neurone (transmission), passe à la cellule qui produit le mouvement : la fibre musculaire.
- Leçon 2.4 — La cellule musculaire et la contraction
- Leçon 2.2 — Le globule rouge (comparaison des cellules spécialisées)
- INSERM — Dossier « Le cerveau »
Sources scientifiques : Bulletin Officiel de l’Éducation nationale (programme de Seconde générale, 2019) · INSERM — Dossier « Le cerveau et les neurones » · CNRS Le Journal — « À l’intérieur du cerveau » · Loewi, O. (1921) Über humorale Übertragbarkeit der Herznervenwirkung, Pflüger’s Archiv 189 : 239-242 (article princeps) · Herculano-Houzel, S. (2009), The human brain in numbers: a linearly scaled-up primate brain, Frontiers in Human Neuroscience 3:31.
Contenu pédagogique original — Réussir SVT. L’équipe Réussir SVT.