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Pourquoi les neurones ont-ils un potentiel de repos négatif ?

Pourquoi les neurones ont-ils un potentiel de repos négatif ?


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Les neurones dépensent la majorité de leur énergie pour alimenter les pompes ioniques pour maintenir les gradients chimiques qui alimentent leur activité électrique. Pour avoir un potentiel de repos négatif, les neurones font fuir du potassium à travers la membrane, ce qui me semble être un terrible gaspillage d'énergie. J'aimerais savoir quel bénéfice un neurone reçoit en échange de cette charge métabolique apparemment inutile.

je ne demande pas comment le potentiel de repos est atteint. Je ne suis pas non plus intéressé par la réponse triviale: que les canaux voltage-dépendants sont configurés pour nécessiter une transition à travers le seuil de -40 mV environ afin de déclencher un potentiel d'action. Il me semble que ce seuil est arbitraire ; s'il n'y avait aucun avantage à maintenir ce gradient, les neurones auraient évolué pour l'éviter.

Des idées? Ou mieux encore, des pointeurs vers des endroits où cela a déjà été répondu ?

Ma meilleure supposition jusqu'à présent ressemble à ceci: La plage totale de tensions disponibles est plus ou moins fixe de -90 à +50mV. Nous voulons éviter de nous approcher trop près de chaque extrémité, car les canaux deviennent moins efficaces près de leurs potentiels d'inversion, donc peut-être que la plage efficace est plutôt de -70 à +30 (pour sortir de cette plage, nous devons sacrifier la vitesse). Dans cette plage de 100 mV, nous laissons les 30 mV inférieurs environ pour l'intégration EPSP et les 60 mV restants pour les potentiels d'action. Maintenant, si le potentiel de repos était de 0 mV, la plage dynamique disponible pour l'intégration et le pic serait beaucoup plus petite, ce qui se traduirait probablement par une sortie plus bruyante.


Essentiellement, toutes les cellules animales maintiennent un équilibre ionique provoquant un potentiel de repos d'environ -70 mV afin de maintenir leur environnement interne, y compris le pH, les concentrations d'ions, la pression osmotique et le volume. (Lodish, Biologie cellulaire moléculaire) Les neurones se sont développés à partir de types de cellules existants et il est peu probable que le coût du maintien du potentiel de repos dans le neurone ait pu entraîner l'évolution d'un système alternatif complet pour fournir l'homéostasie prise en charge par le système existant.

Notez que la dépolarisation de la membrane à un endroit particulier au cours d'une impulsion est très courte de sorte que l'impact des flux d'ions n'a qu'un effet limité sur l'environnement interne global de la cellule au-delà de nécessiter un ajustement par des pompes ioniques pour les pertes impliquées. Il n'est pas non plus évident de savoir comment la caractéristique ondulatoire d'une impulsion nerveuse pourrait être générée si la membrane ne portait pas un potentiel différent de zéro ; il n'y aurait pas d'énergie stockée (sous forme de gradients d'ions) disponible pour que l'impulsion se propage rapidement à travers la membrane.

Un autre point à considérer est que les 15 % environ de l'énergie d'un neurone dépensés pour remplacer les ions qui fuient peuvent avoir une utilité cachée. Cet article suggère que les neurones peuvent en fait être configurés pour fuir à un taux plus élevé qu'ils ne le feraient s'il était minimisé.


Potentiel d'action et comment les neurones tirent

Shaheen Lakhan, MD, PhD, est un médecin-chercheur primé et spécialiste du développement clinique.

Photothèque scientifique - PASIEKA / Getty Images

Un neurone (une cellule nerveuse) est la pierre angulaire du système nerveux. Lorsque les neurones transmettent des signaux à travers le corps, une partie du processus de transmission implique une impulsion électrique appelée potentiel d'action.

Ce processus, qui se produit pendant l'activation des neurones, permet à une cellule nerveuse de transmettre un signal électrique le long de l'axone (une partie du neurone qui transporte les impulsions nerveuses du corps cellulaire) vers d'autres cellules. Cela envoie un message aux muscles pour provoquer une réponse.

Par exemple, supposons que vous vouliez prendre un verre pour pouvoir boire de l'eau. Le potentiel d'action joue un rôle clé dans la transmission de ce message du cerveau à la main.


Biologie cellulaire moléculaire. 4e édition.

Dans cette section d'introduction, nous décrivons les caractéristiques structurelles propres aux neurones et les types de signaux électriques qu'ils utilisent pour traiter et transmettre des informations. Nous introduisons ensuite les synapses, les sites spécialisés où les neurones envoient et reçoivent des informations d'autres cellules, et certains des circuits qui permettent à des groupes de neurones de coordonner des processus complexes. Chacun de ces sujets sera traité plus en détail dans les sections suivantes du chapitre.


Potentiel membranaire au repos (suite)

Figure 2. Mesure du potentiel membranaire. Le potentiel membranaire (la différence de charge à travers une membrane) d'un neurone est mesuré avec un voltmètre. L'électrode d'enregistrement est placée à l'intérieur de l'axone et l'électrode de référence est placée juste à l'extérieur de l'axone dans le liquide extracellulaire. Le potentiel de membrane est la différence de charge entre ces deux électrodes. Au repos, la plupart des neurones ont un potentiel membranaire négatif, ils ont donc une charge négative du côté intracellulaire de la membrane axonale, par rapport à la charge positive du liquide extracellulaire à travers la membrane.

Le potentiel membranaire au repos d'un neurone peut être mesuré directement avec un voltmètre. C'est la différence de tension entre deux électrodes que l'électrode d'enregistrement est placée à l'intérieur de l'axone (du côté intracellulaire de la membrane plasmique), et l'électrode de référence est placée juste à l'extérieur de l'axone (voir Figure 2).

Un potentiel membranaire négatif apparaît en raison de la perméabilité de la membrane plasmique à différentes molécules. De grosses molécules organiques chargées négativement sont piégées à l'intérieur de la cellule, tandis que les ions chargés positivement peuvent traverser la membrane. De petits ions chargés positivement (par exemple, le sodium et le potassium) sont pompés à travers la membrane par la Na^,K ^-ATPase d'une manière réciproque, ce qui entraîne de forts gradients d'ions sodium à l'extérieur de la cellule et d'ions potassium à l'intérieur de la cellule. Un neurone au repos typique est également perméable aux ions potassium via des canaux ioniques potassiques ouverts (appelés canaux de fuite de potassium). Les ions potassium sortent de la cellule et contribuent à l'accumulation de la charge négative à l'intérieur de la cellule, par rapport à l'extérieur. La diffusion des ions potassium via les canaux de fuite est régulée par deux forces opposées : le gradient de concentration, qui favorise une sortie d'ions potassium et le gradient de tension, qui favorise un afflux d'ions potassium. Lorsque ces deux forces s'équilibrent, l'équilibre est atteint. Le potentiel de membrane auquel cet équilibre est atteint pour un ion donné est appelé le potentiel d'équilibre (E), et il est calculé à partir du Équation de Nernst:

EX est le potentiel d'équilibre pour tout ion donné (X), R est la constante de gaz (1.987 cal/molK), T est la température en K, [X]dehors/[X]dansest le rapport de la concentration en ions à l'extérieur de la cellule sur la concentration en ions à l'intérieur de la cellule, z est la charge de l'ion et F est la constante de Farady (23 062 cal/V-mol). L'équation de Nernst calcule le potentiel d'équilibre d'un ion, en supposant que la membrane n'est perméable qu'à cet ion particulier. Pour les ions potassium, l'équation de Nernst s'écrit :

et E[K+] est de -91mV, ce qui est proche du potentiel de repos d'un neurone typique (-70mV). Par conséquent, c'est le flux d'ions potassium à travers les canaux de fuite qui est considéré comme le facteur le plus important pour déterminer le potentiel de repos de une cellule. Cependant, le potentiel membranaire réel est différent du potentiel d'équilibre des ions potassium car la membrane est également légèrement perméable aux autres ions.


Qu'est-ce que le potentiel membranaire de repos ?

La tension dans le liquide intracellulaire d'un neurone est différente de la tension dans le liquide extracellulaire environnant. La différence de tension est la potentiel membranaire. La distribution des ions sodium (Na + ), des ions potassium (K + ) et d'autres anions et cations détermine le potentiel membranaire d'un neurone.

Le potentiel membranaire au repos, ou potentiel de repos, est le potentiel membranaire du neurone lorsqu'il ne déclenche pas d'impulsion. Au potentiel de repos, le liquide intracellulaire a une charge négative et le liquide extracellulaire a une charge positive. Le rapport des solutés négatifs et positifs détermine la charge de l'intérieur et de l'extérieur du neurone. Un neurone au repos a plus de solutés négatifs que de solutés positifs dans le liquide intracellulaire. Le liquide extracellulaire entourant le neurone contient plus de solutés positifs que négatifs.
Par conséquent, le potentiel membranaire au repos a un changement négatif.

Les potentiel d'équilibre se produit lorsque les deux forces opposées à travers une membrane cellulaire sont de la même force. Au potentiel de repos, le potentiel chimique K + est égal à son potentiel électrique. Par conséquent, K + est à son potentiel d'équilibre.

Quelques protéines du canal K + sont ouvertes pendant le potentiel de repos, et une petite quantité de K + diffuse hors de la cellule le long de son gradient chimique. Cependant, une fois que K + est à l'extérieur de la cellule, le potentiel de tension le tire dans la direction opposée. K + est alors ramené dans la cellule via son potentiel d'équilibre. (La pompe sodium-potassium pompe également du K + à l'intérieur.)

Tous les dessins de potentiel membranaire ci-dessus proviennent de l'Académie Kahn. Ils font un travail formidable en expliquant le potentiel membranaire, donc si vous êtes toujours confus ou si vous souhaitez une explication plus approfondie, cliquez ici.

Le mouvement de K+ pendant le repos potentiel comme le mythe de Sisyphe. Sisyphe était un roi grec qui trompa les dieux une fois de trop. Sa punition est de pousser un rocher jusqu'au sommet d'une colline à cause de sa supercherie. Mais il ya un hic. Chaque fois que la pierre atteint presque le sommet de la colline, elle revient en bas. Sisyphe retourne au bas de la colline et commence à pousser le rocher vers le haut de la colline. Il répétera ce processus jusqu'à l'éternité.

Au potentiel de repos, K+ ressemble à Sisyphe des manières suivantes :

  1. K + diffuse hors du neurone vers le bas de son gradient de concentration - c'est-à-dire, Sisyphe poussant le rocher vers le haut de la colline
  2. K + revenant dans la cellule via son potentiel électrique - c'est-à-dire le rocher redescendant la colline
  3. Et le processus se répète encore et encore, c'est-à-dire que le potentiel d'équilibre

Les potentiel d'équilibre se produit lorsque le gradient de concentration est égal au gradient de tension. La concentration de K + intracellulaire est à son potentiel d'équilibre lorsqu'un neurone est au repos, mais pas Na +.

Même si la plupart des protéines des canaux Na + ne sont pas ouvertes pendant le potentiel de repos, quelques-unes agissent comme des robinets qui fuient et quelques ions diffusent à l'intérieur de l'axone. La pompe sodium-potassium pompe le Na + qui s'est échappé dans le liquide extracellulaire. Par conséquent, il n'y a pas de mouvement net de Na + pendant le potentiel de repos.

Le travail de la pompe Na + /K + est d'empêcher Na + et K + d'atteindre simultanément leur potentiel d'équilibre. La pompe Na + /K + fonctionne par transport actif car il faut de l'énergie pour pomper les ions contre leur gradient de concentration. Lorsque Na + fuit dans le neurone, la pompe Na + /K + le force à sortir. Lorsque K + quitte la cellule, la pompe Na + /K + le propulse à l'intérieur.


Pas à pas

  1. Au repos, Na+ (chargé positivement) est attiré par la force électrique dans la cellule chargée négativement. Comme la concentration de Na+ extracellulaire est plus élevée, il a tendance à être attiré dans la cellule par la force de concentration. Cependant, à l'état de repos, il n'y a presque pas de flux de Na+. K+ (chargé positivement) est attiré dans la cellule par la force électrique, mais repoussé vers l'extérieur par la force de diffusion. Les molécules de protéines (chargées négativement) ont tendance à être chassées à la fois par la force électrique et la force de diffusion. Cependant, ces molécules sont trop grosses pour traverser la membrane cellulaire. Cl- (chargé négativement) est repoussé vers l'extérieur par la force électrique, mais tiré vers l'intérieur par la force de diffusion. En raison de la distribution globale inégale des particules chargées, l'intérieur de la cellule est de -70 mV par rapport à l'extérieur de la cellule. C'est le potentiel de repos du neurone.

Comment le potentiel membranaire au repos est-il maintenu?

Le potentiel membranaire au repos d'une cellule est maintenu par la pompe sodium-potassium et est possible car la membrane elle-même n'est pas très perméable aux ions. La pompe sodium-potassium utilise l'énergie stockée dans l'ATP pour pomper le sodium et le potassium à travers la membrane.

La membrane au repos est établie et maintenue car la bicouche phospholipidique contient une section médiane qui repousse les molécules et les ions chargés. En conséquence, les ions ne peuvent traverser la membrane que s'il existe des canaux pour les ions. Certaines molécules, telles que l'ADN et de nombreux protons chargés négativement, apportent une charge négative à la cellule et ne peuvent pas diffuser le long de leur gradient de concentration.

Ces molécules chargées négativement dans la cellule permettent à la cellule de maintenir un gradient de concentration en pompant seuls les cations chargés positivement. Bien que les ions sodium et potassium soient chargés positivement, le potentiel négatif de la membrane interne est maintenu car la pompe sodium-potassium ne pompe pas le même nombre de chaque ion. Au lieu de cela, pour chaque cycle de la pompe sodium-potassium, une molécule d'ATP est utilisée pour pomper deux ions potassium et trois ions sodium. Plus d'ions positifs quittant la cellule signifient que l'intérieur de la membrane devient globalement de plus en plus négatif.

En utilisant ces pompes et en contrôlant d'autres canaux cationiques dans la membrane, la cellule est capable de maintenir un potentiel de repos négatif.


Le potentiel de la membrane au repos

Le potentiel membranaire au repos d'un neurone est le potentiel électrique, ou tension, à travers la membrane plasmique d'une cellule nerveuse non stimulée [1] . Il se produit lorsque le flux net d'ions à travers la membrane plasmique est égal à zéro. Chez l'homme, on dit qu'elle est d'environ -70 mV [2] . Cela signifie que l'intérieur de la cellule est chargé négativement par rapport à l'extérieur.

Les potentiels membranaires au repos sont maintenus par deux types différents de canaux ioniques : la pompe sodium-potassium et les canaux de fuite sodium et potassium. Premièrement, il y a une concentration plus élevée d'ions potassium à l'intérieur de la cellule par rapport à l'extérieur de la cellule. Cela crée une distribution inégale des ions potassium, ou plus précisément, un gradient d'ions potassium est créé. Par conséquent, suivant le gradient de concentration, les ions potassium vont diffuser de l'intérieur de la cellule vers l'extérieur de la cellule via ses canaux de fuite. Lorsque les ions potassium quittent la cellule, cela augmente le nombre d'anions piégés à l'intérieur de la cellule, accumulant ainsi les charges négatives et les charges positives s'accumulant à l'extérieur de la cellule. Par conséquent, plus d'ions chargés positivement sont retirés de la cellule qu'ils n'y pénètrent, ce qui rend l'environnement intérieur de la cellule comparativement négatif à l'extérieur [3] .

La pompe sodium-potassium déplace trois ions sodium hors de la cellule pour deux ions potassium qu'elle pénètre en continu dans la cellule. Il maintient donc le grand gradient d'ions potassium à travers la membrane, qui à son tour a fourni la base du potentiel membranaire au repos. Les macromolécules ou les ions chargés négativement, généralement les ions chlorure, ne peuvent pas traverser la membrane plasmique car ils sont trop gros pour être déplacés à l'intérieur ou à l'extérieur de la cellule via les canaux chlorure. Cela est dû au fait que les canaux sont trop grands et volumineux, les anions restent donc piégés à l'intérieur de la cellule [4] .

Le potentiel membranaire au repos peut être mesuré en plaçant une microélectrode à l'intérieur de la cellule et une autre à l'extérieur de la cellule. Les valeurs sont générées en millivolts (mV). Les rapports des charges négatives et des charges positives entre l'intérieur et l'extérieur des cellules sont comparés [5] .


II Potentiel membranaire

    Nous continuons à faire référence à un « signal » qu'est-ce que c'est ?

  • Fait référence à la tension créée lorsque la cellule sépare les charges sur les côtés opposés de la membrane. Il s'efforce de séparer les charges opposées, créant ainsi de l'énergie potentielle sous forme de tension.

    La tension fait toujours référence à deux points : c'est-à-dire ici par rapport à là. « Il y a généralement du sol en physiologie, le sol est l'extérieur de la cellule. Ainsi, la tension fait référence à l'intérieur de la cellule par rapport à l'extérieur (neutre).

  • Si le potentiel de la cellule est de 50 mV, alors la cellule est négative par rapport à l'interstitium environnant.

    Une électrode est un capillaire en verre extrêmement mince avec une pointe ouverte d'environ un micron de diamètre. Vous remplissez l'électrode avec une solution saline conductrice et insérez un fil connecté à un voltmètre. Vous enfoncez ensuite l'électrode à travers la membrane cellulaire et mesurez le potentiel intracellulaire par rapport à celui au sol.


Pourquoi les neurones ont-ils un potentiel de repos négatif ? - La biologie

Cette section tente d'expliquer les expériences de Hodgkin-Huxley d'un point de vue biologique. Les travaux de Hodgkin et Huxley avec l'axone du calmar géant ont été les premiers à utiliser des modèles mathématiques pour représenter les systèmes biologiques. Grâce aux découvertes de Hodgkin et Huxley, nous sommes en mesure de comprendre comment un potentiel d'action se propage le long d'un nerf et les fonctions de leurs canaux ioniques associés.

Les descriptions du potentiel de repos et du potentiel d'action ont été interprétées à l'aide du manuel de la quatrième édition de Nicholls et de ses collègues, Du neurone au cerveau. ( Nicholls, John, A. Martin, B. Wallace et P. Fuchs. Du neurone au cerveau. Quatrième édition. Sinauer Associates, Inc. MA 2001.)

Le potentiel de repos

Au repos, l'intérieur d'un neurone est plus chargé négativement que l'extérieur du neurone. Bien que la concentration intracellulaire soit élevée pour le potassium et faible pour le chlorure et le sodium, le potentiel membranaire au repos s'oppose à la diffusion des ions potassium et chlorure vers le bas de leurs gradients de concentration. Une modification du potentiel de chlorure extracellulaire entraînera éventuellement une modification du potentiel de chlorure intracellulaire, induisant ainsi des modifications du volume relatif de la cellule et des modifications des concentrations de chlorure, de potassium, de sodium et d'anions internes. Cependant, une modification du potentiel de chlorure extracellulaire n'entraînera pas de modification du potentiel d'équilibre de chlorure ou du potentiel de membrane à l'état d'équilibre. A l'inverse, une modification du potentiel potassique extracellulaire entraînera une modification du volume relatif de la cellule et modifiera le potentiel membranaire. De plus, une modification du potentiel potassique extracellulaire entraînera des modifications des concentrations de chlorure, de sodium et d'anions internes.

Les ions sodium et potassium fuient constamment à travers la membrane. Pourtant, la pompe d'échange sodium-potassium maintient la concentration de fuite. Activée par l'ATP produit par le métabolisme, la pompe d'échange sodium-potassium pompe trois ions sodium dans la cellule pour deux ions potassium pompés hors de la cellule. L'activation des canaux ioniques modifie la perméabilité de la membrane cellulaire au potassium et au sodium. Ces changements génèrent des signaux électriques modifiant la quantité de charge sur la membrane cellulaire, modifiant ainsi le potentiel membranaire.

Afin de comprendre comment l'équation de Nernst est utilisée pour prédire les potentiels ioniques, Nicholls et al présenter la cellule modèle. Dans leur cellule modèle, la membrane cellulaire n'est perméable qu'au potassium et au chlorure et imperméable au sodium et à un anion interne. Pour rester stable, trois conditions doivent être remplies :

1) Les solutions intracellulaires et extracellulaires doivent être électriquement neutres.
2) La cellule doit être en équilibre osmotique.
3) Il ne peut y avoir de mouvement net d'un ion particulier dans ou hors de la cellule.

L'équilibre ionique est maintenu puisque la membrane cellulaire agit comme un condensateur. Lorsque les ions potassium chargés positivement diffusent hors de la cellule, des charges positives s'accumulent sur la surface externe tandis que des charges négatives s'accumulent sur la surface interne. Cette différence de potentiel électrique se poursuit jusqu'à ce que l'efflux d'ions potassium se soit arrêté ou qu'aucun mouvement net d'ions potassium ne se produise à travers la membrane. C'est le potentiel d'équilibre du potassium noté EK.

Où [K]o est la concentration externe de potassium et [K]je est la concentration interne de potassium. Le potentiel d'équilibre des chlorures, noté EK, est donné par


puisque la charge ionique, z, est négative.

Des expériences réalisées sur des sections isolées d'axone de calmar dans l'eau salée ont montré EK valeurs d'environ -0,093V, ECl valeurs d'environ -0,055V, et potentiel de membrane, Vm, allant de -0,065V à -0,070V. Les potentiels sont négatifs par rapport au liquide extracellulaire. Le rapport de concentration de potassium du potassium intracellulaire au potassium extracellulaire est de 40:1.

L'équation du champ constant

Selon les lois de tension de Kirchhoff, le courant dépend de la tension et de la résistance, ou de la tension et de la conductance.

Ainsi, le courant de sodium entrant est défini par

où g Na est la conductance sodique de la membrane qui dépend du nombre moyen de canaux sodiques ouverts au potentiel membranaire au repos.

Si le chlorure est en équilibre, alors il n'y a pas de mouvement net des ions chlorure à travers la membrane, ou

Substituer et réarranger,

si le chlorure est en équilibre, et

si le chlorure n'est pas en équilibre.

Le potentiel membranaire peut également être exprimé en termes de concentrations ioniques à l'intérieur et à l'extérieur de la cellule et de perméabilité ionique de la membrane, illustrée par l'équation de Goldman, Hodgkin, Katz (GHK)

Le potentiel de la membrane au repos

Au potentiel membranaire au repos, la cellule doit être stable, ou chaque courant ionique doit être nul. Les courants de fuite sodium-potassium sont maintenus constants par l'ATPase sodium-potassium, augmentant l'énergie métabolique nécessaire pour maintenir l'état d'équilibre. Le rapport des ions sodium aux ions potassium que produit l'ATPase est donné par

Le rapport, r, est négatif puisque les ions sodium et potassium sont pompés dans des directions opposées. Ce système de transport est électrogène puisque chaque cycle produit une charge nette vers l'extérieur positive. Une charge positive s'accumule à l'extérieur de la membrane cellulaire, tandis qu'une charge négative s'accumule à l'intérieur de la membrane cellulaire. L'effet de l'échange sodium-potassium ATPase électrogène peut être comparé à un système de transport non électrogène en fixant le rapport, r, à 1.

Le potentiel membranaire au repos est décrit par

si le chlorure est en équilibre. A noter que la valeur du potentiel membranaire au repos est plus proche de la valeur du potentiel potassique. Ainsi, une force motrice plus importante est nécessaire pour l'afflux d'ions sodium à travers la membrane.

En supposant que tous les autres ions de perméation sont à l'état stable, l'équation GHK pour le potentiel de membrane au repos devient

Le potentiel d'action

Le potentiel d'action peut être décrit comme un potentiel de repos activé par une phase ascendante brutale (dépolarisation) suivie d'une phase descendante rapide s'étendant en dessous du potentiel de repos initial (hyperpolarisation). La repolarisation est représentée par un retour progressif au potentiel de repos initial.

En 1939, Hodgkin et Huxley ont montré qu'un dépassement s'est produit au sommet du potentiel d'action. Avec un potentiel membranaire intérieur positif, les ions sodium continueraient à affluer, même au-delà de zéro, jusqu'à ce que l'équilibre soit atteint. Ainsi, un dépassement au pic du potentiel d'action suggère l'importance des ions sodium dans la création du potentiel d'action.

D'autres travaux de Hodgkin et Katz en 1949 comprenaient la réduction de la concentration externe de sodium de l'expérience de l'axone du calmar géant. La réduction de la concentration externe de sodium a entraîné une diminution du dépassement au pic du potentiel d'action. Des travaux de suivi ont montré que l'augmentation de la perméabilité au sodium est attribuée à l'ouverture de nombreux canaux sodiques activés par le voltage (dépolarisation).

La phase de chute rapide du potentiel d'action peut être attribuée à une autre augmentation de la perméabilité ionique causée par l'ouverture de nombreux canaux potassiques activés par le voltage et l'efflux d'ions potassium à travers la membrane. La période pendant laquelle les canaux potassiques durent plusieurs millisecondes permettant à davantage d'ions potassium de s'échapper à travers la membrane au-delà du potentiel de repos d'origine (hyperpolarisation).

En bref, la dépolarisation est décrite par une augmentation soudaine de la perméabilité au sodium due à l'ouverture d'un grand nombre de canaux sodiques activés par le voltage provoquant un afflux rapide d'ions sodium. Une charge positive s'accumule sur la membrane intérieure jusqu'à ce que le potentiel membranaire atteigne EN / A à quel point les canaux sodiques se ferment. La repolarisation s'ensuit avec une augmentation soudaine de la perméabilité au potassium due à l'ouverture d'un grand nombre de canaux potassiques activés par le voltage provoquant un efflux rapide d'ions potassium. La membrane intérieure continue de perdre sa charge positive jusqu'à ce que le potentiel membranaire atteigne EK à quel point les canaux potassiques se ferment. L'échange normal de sodium et de potassium se poursuit alors que le potentiel membranaire revient au potentiel de repos.


Neurones.

Le cerveau est probablement la partie la plus fascinante du corps humain.

Nous partageons beaucoup d'ADN avec d'autres formes de vie.

Nous partageons beaucoup de processus de vie et d'organes avec d'autres formes de vie.

S'il y a un organe qui nous différencie considérablement,

d'autres formes de vie, c'est le cerveau.

Les êtres humains sont dotés des plus étonnamment avancés,

C'est notre cerveau avancé qui fait de nous l'espèce la plus importante de la planète.

Le cerveau peut être considéré comme un traitement de l'information,

et centre de décision du corps humain.

Toutes les pensées que nous faisons se produisent dans le cerveau.

C'est le siège de la conscience.

Le cerveau remplit également une autre fonction d'une importance critique.

Le cerveau régule et gère tous les processus de la vie dans le corps.

Notre respiration, notre rythme cardiaque, notre tension artérielle etc,

sont tous contrôlés, par notre cerveau.

Ce contrôle des processus métaboliques, ou processus vitaux, est automatique.

Nous ne sommes pas conscients de la gestion des processus de la vie.

Par exemple, nous n'avons pas à penser à la respiration, à la fréquence cardiaque, etc.

Cela se produit automatiquement, même lorsque nous dormons.

Le fait que ce processus, soit automatique, en aucun cas,

réduit l'importance de cette fonction.

Nous avons besoin de notre cerveau pour vivre.

Nous avons besoin de vivre pour penser.

La capacité de réflexion des êtres humains est de loin supérieure à celle de n'importe quel animal.

Notre intelligence est tellement supérieure que l'intelligence animale n'est même pas comparable à la nôtre.

Les régions du cerveau, capables de penser de haut niveau,

n'est présent que dans le cerveau humain.

L'unité de base du cerveau humain est le neurone.

Tout le traitement de l'information, qui se passe dans le cerveau,

Le cerveau est un organe collectif, de milliards de neurones.

On estime que le cerveau, compte environ cent milliards de neurones.

Chaque neurone du cerveau est connecté à des centaines et des milliers,

Tout le traitement de l'information qui se produit, dans le cerveau,

est lié d'une manière ou d'une autre.

On estime qu'il existe environ cent mille milliards de connexions dans le cerveau.

Ce sont ces connexions qui aboutissent en fin de compte à un processus que nous appelons la pensée.

Le cerveau peut être qualifié de connectome, de neurones.

Le connectome peut également être considéré comme le circuit de câblage du cerveau.

La mémoire, une fonctionnalité importante, est organisée dans le cerveau.

Même un sentiment, comme la colère, provient du cerveau.

Les états d'esprit, être alerte, motivé ou somnolent viennent du Cerveau.

C'est le cerveau qui nous aide à comprendre et à résoudre des problèmes complexes.

C'est le cerveau qui nous aide à inventer toutes les choses merveilleuses,

que nous tenons pour acquis.

C'est ce connectome qui nous dote de notre intelligence supérieure.

Cela fait également du cerveau un organe complexe.

Il y a certaines zones du cerveau, qui sont spécialisées, dans certaines fonctions.

Par exemple, il existe des zones spéciales pour traiter les informations visuelles,

Toutes les zones du cerveau sont cependant étroitement liées.

Cela fait du cerveau un organe d'une complexité fascinante.

Cela en fait également un sujet passionnant à étudier.

Le cerveau est connecté, à tout notre corps, via les nerfs.

Tout comme le cœur est connecté à tout le corps, via les vaisseaux sanguins,

le cerveau est connecté à tout le corps, via les nerfs.

Les fibres nerveuses transportent des signaux ou des informations depuis et vers le cerveau.

Les fibres nerveuses afférentes transportent des informations, de tout le corps, vers le cerveau.

Les fibres nerveuses efférentes transportent l'information, du cerveau vers le corps.

Les nerfs qui émanent de la colonne vertébrale et s'étendent à toutes les parties du corps,

constitue le système nerveux périphérique.

Utiliser les nerfs pour communiquer,

le cerveau est capable de gérer tous les processus vitaux du corps.

C'est aussi la façon dont le cerveau donne des instructions à tous nos muscles squelettiques.

Cela nous permet de contrôler consciemment nos muscles squelettiques.

Ce contrôle nous aide à effectuer les activités quotidiennes.

C'est ce contrôle qui nous aide à marcher, parler, sourire, jouer, travailler et danser.

Tous les nerfs du corps sont appelés collectivement le système nerveux.

Le cerveau travaille en étroite collaboration avec le système nerveux et est fortement intégré à celui-ci.

L'unité de base du système nerveux et du cerveau est le neurone.

Dans le système nerveux, les neurones jouent le rôle de porteurs de signaux,

On peut dire que le neurone est la pierre angulaire du cerveau et du système nerveux.

Tous les neurones du cerveau et du système nerveux,

ont la même fonctionnalité de base.

Cela vaut la peine de comprendre le fonctionnement du neurone.

Tout au long de ce module, nous utiliserons des exemples pour comprendre les concepts.

Les exemples et les valeurs utilisées seront typiques.

Les exemples nous aident à comprendre les concepts.

Cependant, nous devons garder à l'esprit qu'il peut y avoir des variations et des exceptions.

Le neurone est une cellule vivante, comme les autres cellules du corps.

Le neurone est une cellule spécialisée.

Le neurone a une structure similaire à celle d'autres cellules typiques du corps.

Il a un noyau, et le même ADN, que l'on trouve dans d'autres cellules.

Il a des mitochondries, qui génèrent de l'énergie pour une cellule.

Le neurone a besoin de nutriments comme les autres cellules.

Il a tous les autres composants de base d'une cellule vivante.

La cellule neuronale est spécialisée dans la fonction du système nerveux.

La transmission et le traitement de l'information sont les fonctions de base du système nerveux.

La majeure partie du traitement de l'information a lieu dans le cerveau.

La transmission du signal est assurée par les nerfs.

Communiquer un signal à un ou plusieurs neurones, est la fonction la plus importante,

A l'intérieur du neurone, les signaux sont des signaux électriques.

Un neurone communique généralement avec un autre neurone,

dans le système nerveux périphérique, dans le corps.

Un neurone communique avec des centaines et des milliers,

des autres neurones du cerveau.

Un neurone n'établit pas de contact physique avec un autre neurone.

Un écart existe entre une terminaison de neurone et le neurone suivant.

Cet écart s'appelle la synapse.

Pour communiquer à travers la synapse, le neurone utilise des signaux chimiques.

Les signaux chimiques génèrent un nouveau signal électrique dans le prochain neurone.

Les dendrites sont une série d'excroissances provenant du corps cellulaire, ou soma.

Les neurones ont plusieurs dendrites.

Chaque dendrite a de nombreuses branches, tout comme un arbre.

Les dendrites sont les sites, pour les jonctions spécialisées, de réception des signaux.

Les dendrites sont les portes d'entrée, pour le neurone.

Les dendrites reçoivent des signaux, d'autres neurones.

Les dendrites permettent à de nombreux autres neurones de s'y connecter.

La capacité d'un neurone à se connecter avec de nombreux autres neurones,

est essentiel au fonctionnement du neurone, en particulier dans le cerveau.

Les neurones sont donc spécialement conçus, pour se connecter avec des centaines et des milliers,

Le corps cellulaire d'un neurone est appelé soma.

Le soma est une cellule vivante, comme les autres cellules.

Il respire de l'oxygène et expire du dioxyde de carbone.

It takes in nutrition, and gives out waste products.

The nucleus contains the same DNA, like other cells.

The DNA along with other genetic machinery can synthesise, many proteins.

The soma has the capability to generate energy.

The currency for energy is ATP.

Energy in the form of ATP, is essential for the cell.

Even a neuron at rest, requires expenditure of energy.

The brain which is comprised mostly of neurons,

consumes a surprisingly large amount of energy.

It is estimated that about 20% of the energy we consume,

The soma is enclosed by a cell membrane.

The cell membrane comprises of a phospholipid layer.

A phospholipid is a bio chemical, with a phosphate and lipid component.

The phosphate component is water loving, or hydrophilic.

The lipid component is water averse, or hydrophobic.

The inside and outside of the soma, has watery fluids.

Two phospholipid compound join together to form the unit of a cell membrane.

The lipid components face each other, and form the inner layer, of the membrane.

The phosphate component form the outer and inner layers, of the membrane.

The outer and inner layers are comfortable with the extra cellular,

and intra cellular fluids.

The lipid middle layer of the membrane, being hydrophobic, separates the extracellular,

and intracellular fluids and organelles.

The membrane acts as a container for the cell.

The membrane is selectively permeable to certain kinds of substances.

Charged particles or ions, are called polar molecules.

The membrane is specially impermeable to polar molecules.

The membrane prevents the free movement, of ions across it.

Neuron functionality requires the transfer of ions, across the membrane.

To enable this ion transport, the membrane has embedded proteins.

These special proteins, acts as channels and mechanisms,

to transport ions, across the membrane.

The inside of the cell membrane, is the intra cellular space.

The outside of the cell membrane, is the extra cellular space.

There are more positively charged ions, in the outside, or extra cellular space.

This causes the outside to be more positive.

There are less positively charged ions, in the inside, or intra cellular space.

This causes the inside to be less positive, or relatively negative.

This results in an electrical potential, to be created, across the cell membrane.

Membrane potentials are measured, relative to the inside of the membrane.

Neurons, even at rest, have a negative electrical potential.

Membrane potential, is the key to the functioning of the neuron.

Changes in the membrane potential results in a signal being generated.

This signal is called as the action potential.

Movement of the action potential, causes the signal to be transmitted.

Neurons are involved in receiving, processing and transmitting, of electrical signals.

Neurons receive signals, from other neurons, through their dendrites.

If the incoming signal is weak, the neuron will not respond to the signal.

There is a minimum signal strength, that is required,

This minimum level is called, as the threshold.

If the incoming signal strength, reaches threshold, or exceeds it,

the receiving neuron will get activated.

The soma receives signals from many dendrites.

Dendrites are just extensions of the soma.

Dendrites effectively increase the exposed surface area of the cell membrane,

This helps the neuron to receive signals from many other neurons, or cells.

The effective signal that is received, by a neuron,

is the sum of all the signals received by the neuron.

The signal strength has to reach threshold, to activate a neuron.

This threshold can be reached, by the sum of all the individual signals.

A number of weak signals, receive together, can create a signal strong enough,

to activate the receiving neuron.

This is an important concept, in understanding the functioning of a neuron.