Comment fonctionne le cerveau humain?

Le cerveau fonctionne comme une unité structurelle et fonctionnelle composée principalement de deux types de cellules: les neurones et les cellules gliales. On estime qu'il y a environ 100 billions de neurones du système nerveux humain et environ 1 000 billions de cellules gliales (il y a 10 fois plus de cellules gliales que les neurones).

Les neurones sont hautement spécialisés et leurs fonctions consistent à recevoir, traiter et transmettre des informations via différents circuits et systèmes. Le processus de transmission de l'information est effectué par l'intermédiaire de synapses, qui peuvent être électriques ou chimiques.

Les cellules gliales régulent quant à elles l'environnement interne du cerveau et facilitent le processus de communication neuronale. Ces cellules sont disposées dans tout le système nerveux en se formant si elles sont structurées et participent aux processus de développement et de formation du cerveau.

Autrefois, on pensait que les cellules gliales ne formaient que la structure du système nerveux, d’où le fameux mythe selon lequel nous n’utilisons que 10% de notre cerveau. Mais aujourd'hui, nous savons qu'il remplit des fonctions beaucoup plus complexes, par exemple liées à la régulation du système immunitaire et aux processus de plasticité cellulaire après avoir subi une blessure.

En outre, ils sont essentiels au bon fonctionnement des neurones, car ils facilitent la communication neuronale et jouent un rôle important dans le transport des nutriments vers les neurones.

Comme on peut le constater, le cerveau humain est d'une complexité impressionnante. On estime qu'un cerveau humain adulte contient entre 100 et 500 billions de connexions et notre galaxie a environ 100000000000000 étoiles, donc on peut conclure que le cerveau humain est beaucoup plus complexe qu'une galaxie (Garcia Nunez, Santin, Redolar, & Valero, 2014).

Communication entre neurones: synapses

La fonction cérébrale implique la transmission d'informations entre les neurones, cette transmission se faisant par une procédure plus ou moins complexe appelée synapses.

Les synapses peuvent être électriques ou chimiques. synapses électriques sont constitués de transmission bidirectionnelle de courant électrique entre deux neurones directement, alors que dans les synapses chimiques nécessaires certains intermédiaires appelés neurotransmetteurs.

Fondamentalement, quand un neurone communique avec d'autres n'activent ou inhibent pour les effets observables finales sur le comportement ou d'un processus physiologique sont le résultat de l'excitation et l'inhibition de plusieurs neurones le long d'un circuit neuronal.

Synapses électriques

Les synapses électriques sont beaucoup plus rapides et simples que celles chimiques. Expliqués de manière simple, ils consistent en la transmission de courants dépolarisants entre deux neurones suffisamment proches, presque collés. Ce type de synapse ne produit généralement pas de changements à long terme dans les neurones postsynaptiques.

Ces synapses se produisent dans les neurones qui ont une jonction serrée, dans laquelle les membranes sont presque touchées, séparées de quelques 2-4 nm. L'espace entre les neurones est si petit que leurs neurones doivent être reliés par des canaux formés par des protéines appelées connexines.

Les canaux formés par les connexines permettent à l'intérieur des deux neurones d'être en communication. A travers ces pores peuvent passer de petite taille (inférieure à 1 kDa) molécules qui synapses chimiques sont liées à des processus de communication métabolique en dehors de la communication électrique, par l'échange de seconds messagers qui se produisent dans la synapse, tels que l'inositol triphosphate ( IP₃) ou l'adénosine monophosphate cyclique (AMPc).

synapses électriques entre les neurones habituellement effectués le même type, cependant, peuvent également être observées synapses électriques entre les neurones de différents types ou même entre les neurones et les astrocytes (un type de cellules gliales).

Les synapses électriques permettent aux neurones de communiquer rapidement et de connecter plusieurs neurones de manière synchrone. Merci à ces propriétés, nous sommes en mesure d'effectuer des processus complexes qui nécessitent une transmission rapide de l'information, tels que les processus sensoriels et cognitifs, moteurs (attention, mémoire, apprentissage ...).

Synapses chimiques

synapses chimiques se produisent entre les neurones adjacents dans un élément présynaptique est reliée, généralement une terminaison axonale, lequel signal, et un post-synaptique, qui est généralement dans le soma ou dendrites de réception signer

Ces neurones ne sont pas attachés, il y a un espace entre eux de 20 nm appelé fente synaptique.

Il existe différents types de synapses chimiques en fonction de leurs caractéristiques morphologiques. Selon Gray (1959), les synapses chimiques peuvent être divisées en deux groupes.

• Synapses chimiques de type I (asymétrique) Dans ces synapses présynaptique composant est formé par les terminaisons axonales contenant des vésicules arrondies et dendrites postsynaptiques sont très denses et là récepteurs post-synaptiques.
• Synapses chimiques de type II (symétrique)Dans ces synapses présynaptique composant est formé par les terminaisons axonales contenant des vésicules ovales et postsynaptique peut être trouvé à la fois dans le soma et les dendrites et une densité réduite des récepteurs post-synaptiques dans les synapses de type I. Les autres différences de ce Le type de synapse par rapport à ceux du type I est que sa fente synaptique est plus étroite (environ 12 nm).

Le type de synapse dépend des neurotransmetteurs impliqués dans ce domaine, de sorte que les synapses impliquées de type I sont des neurotransmetteurs excitateurs comme le glutamate, alors que dans les neurotransmetteurs inhibiteurs de type II agissent comme le GABA.

Bien que cela ne se produit pas dans le système nerveux, dans certains domaines tels que la moelle épinière, substantia nigra, les noyaux gris centraux et collicule, il Synapse GABAnergic avec une structure de type I.

Une autre façon de classer les synapses est en fonction des composants présynaptiques et postsynaptiques qui les forment. Par exemple, si les deux le composant présynaptique est un axone et dendrites sont appelés synapses postsynaptique axodendríticas peut ainsi trouver axoaxónicas synapses, axo-somatiques, dendroaxónicas, dendrodendríticas ...

Le type de synapse le plus fréquent dans le système nerveux central est celui des synapses axospineuses de type I (asymétriques). On estime qu'entre 75 et 95% des synapses du cortex cérébral sont de type I, alors que seulement 5 à 25% sont des synapses de type II.

Les synapses chimiques peuvent être résumées simplement comme suit:

1. Un potentiel d'action atteint le terminal axonal, il ouvre les canaux ioniques calciques (Ca²⁺) et un flux d'ions est libéré dans la fente synaptique.
2. flux ionique déclenche un processus dans lequel les vésicules remplies de neurotransmetteurs, se lient à la membrane post-synaptique et une ouverture de pores en laissant tout son contenu dans la fente synaptique.
3. Les neurotransmetteurs libérés se lient au récepteur postsynaptique spécifique de ce neurotransmetteur.
4. La liaison du neurotransmetteur au neurone postsynaptique régule les fonctions du neurone postsynaptique.

Neurotransmetteurs et neuromodulateurs

Le concept de neurotransmetteur comprend toutes les substances libérées dans la synapse chimique et permettant la communication neuronale. Les neurotransmetteurs répondent aux critères suivants:

• Ils sont synthétisés dans les neurones et sont présents dans les terminaisons axonales.
• Lorsqu'une quantité suffisante du neurotransmetteur est libérée, elle exerce ses effets sur les neurones adjacents.
• Lorsqu'ils ont terminé leur tâche, ils sont éliminés par des mécanismes de dégradation, d'inactivation ou de recapture.

Les neuromodulateurs sont des substances qui complètent les actions des neurotransmetteurs en augmentant ou en diminuant leur effet. Ils le font en rejoignant des sites spécifiques dans le récepteur postsynaptique.

Il existe de nombreux types de neurotransmetteurs, les plus importants étant:

• Les acides aminés, qui peuvent être excitateurs tels que le glutamate, ou d'inhibiteurs tels que l'acide γ-aminobutyrique, connu sous le GABA.
• Acétylcholine
• Catécholamides, tels que la dopamine ou la noradrénaline
• Indolamines, comme la sérotonine.
• Neuropeptides.

Références

1. García, R., Núñez, L. Santín, D. Redolar et A. Valero (2014). Neurones et communication neuronale. Dans D. Redolar, Neuroscience Cognitive (pp. 27-66). Madrid: Panamericana Medical.
2. Gary, E. (1959). Synapsis axo-somatique et axo-dendritique du cortex cérébral: étude au microscope électronique. J.Anat, 93, 420-433.
3. Stagiaires, H. (s.f.). Comment fonctionne le cerveau? Principes généraux Extrait le 1er juillet 2016 de Science for All.