Système nerveux : aire motrice, synapse, neurotransmetteurs
Le système nerveux : aire motrice, synapse et neurotransmetteurs
Un mouvement volontaire part de l'aire motrice du cortex, descend par des neurones jusqu'aux motoneurones de la moelle épinière puis jusqu'aux muscles, et à chaque relais (synapse) le message électrique est transmis par un messager chimique, le neurotransmetteur.
Objectifs
- Localiser l'aire motrice primaire et expliquer comment elle commande les muscles du côté opposé du corps.
- Décrire le trajet du message nerveux moteur, du cortex au muscle.
- Décrire la structure d'une synapse et les étapes de la transmission synaptique.
- Expliquer le rôle des neurotransmetteurs, et comment un motoneurone intègre les messages qu'il reçoit.
1. L'aire motrice primaire : le poste de commande
Le cortex cérébral est la couche superficielle de substance grise du cerveau. L'aire motrice primaire est une bande de cortex située à l'arrière du lobe frontal, juste en avant du sillon central (sillon de Rolando). Elle commande les mouvements volontaires.
Le trajet du message nerveux moteur
flowchart LR A[Aire motrice du cortex] --> B[Neurone moteur central] B --> C[Croisement dans le bulbe] C --> D[Moelle epiniere] D --> E[Motoneurone] E --> F[Synapse neuromusculaire] F --> G[Muscle qui se contracte]
Les neurones de l'aire motrice ont un long axone qui descend dans la moelle épinière. Ils font synapse avec des motoneurones, dont le corps cellulaire est dans la substance grise de la moelle et dont l'axone, dans un nerf, va jusqu'au muscle. La synapse entre motoneurone et fibre musculaire s'appelle la jonction neuromusculaire (ou plaque motrice).
Exemple résolu 1
Après un accident vasculaire cérébral (AVC) qui a détruit une partie de l'aire motrice de l'hémisphère gauche, un patient ne peut plus bouger volontairement sa main. Quelle main ? Pourquoi ? Cherche d'abord !
Voir la solution
La main droite. La commande motrice est croisée : les fibres issues de l'aire motrice gauche changent de côté au niveau du bulbe rachidien et commandent les motoneurones de la moitié droite du corps. La zone détruite correspond, d'après la somatotopie, à la région « main » de l'homoncule.
Pourquoi la main occupe-t-elle une grande surface de l'aire motrice ?
2. La synapse : le relais entre deux cellules
Une synapse est la zone de contact entre un neurone et une autre cellule (neurone ou fibre musculaire). Elle comprend :
- l'élément présynaptique : l'extrémité renflée de l'axone (bouton synaptique), qui contient des vésicules remplies de neurotransmetteur ;
- la fente synaptique : un espace très étroit entre les deux cellules ;
- l'élément postsynaptique : la membrane de la cellule suivante, qui porte des récepteurs spécifiques du neurotransmetteur.
À toi de jouer : place les noms des parties sur ce schéma de synapse.
Les étapes de la transmission synaptique
Un potentiel d'action (message électrique) arrive au bouton synaptique ; il provoque l'entrée d'ions calcium \(\ce{Ca^{2+}}\).
Les vésicules fusionnent avec la membrane et libèrent le neurotransmetteur dans la fente (exocytose). Plus les potentiels d'action arrivent souvent, plus il est libéré de neurotransmetteur.
Le neurotransmetteur se fixe sur ses récepteurs postsynaptiques : cela modifie le potentiel de membrane de la cellule suivante (potentiel postsynaptique).
Le neurotransmetteur est ensuite dégradé par une enzyme ou recapté par le bouton présynaptique : la synapse est prête pour un nouveau message.
Qu'est-ce qui déclenche la libération du neurotransmetteur dans la fente synaptique ?
3. Les neurotransmetteurs et l'intégration du message
Un neurotransmetteur est une molécule libérée par un neurone au niveau d'une synapse, qui agit sur des récepteurs spécifiques de la cellule suivante. Exemples :
- l'acétylcholine : neurotransmetteur de la jonction neuromusculaire, elle déclenche la contraction de la fibre musculaire ; elle est dégradée dans la fente par l'acétylcholinestérase ;
- le glutamate : principal neurotransmetteur excitateur du cerveau ;
- le GABA : principal neurotransmetteur inhibiteur du cerveau.
Selon le neurotransmetteur et le récepteur, la synapse est :
- excitatrice : elle produit un potentiel postsynaptique excitateur (PPSE), une dépolarisation qui rapproche la cellule du seuil de déclenchement d'un potentiel d'action ;
- inhibitrice : elle produit un potentiel postsynaptique inhibiteur (PPSI), une hyperpolarisation qui l'en éloigne.
Exemple résolu 2 : le curare
Le curare, poison de flèches utilisé autrefois par des chasseurs d'Amérique du Sud, se fixe sur les récepteurs à acétylcholine des fibres musculaires sans les activer. Quel est l'effet sur un muscle ?
Exemple résolu 3 : une enzyme bloquée
Certains insecticides bloquent l'acétylcholinestérase. Que devient l'acétylcholine dans la fente, et quelle conséquence pour le muscle ? Cherche d'abord !
Voir la solution
L'acétylcholine n'est plus dégradée : elle reste dans la fente et continue à stimuler les récepteurs. Le muscle reçoit un message permanent : contractions incontrôlées puis épuisement du muscle. C'est pour cela que ces produits sont dangereux et doivent être manipulés avec des protections.
Un motoneurone reçoit en même temps un PPSE et un PPSI de même amplitude. Que se passe-t-il le plus probablement ?
Quel neurotransmetteur est libéré à la jonction neuromusculaire ?
Récapitulatif
- L'aire motrice primaire (lobe frontal, avant du sillon central) commande les mouvements volontaires du côté opposé du corps, avec une organisation somatotopique.
- Voie motrice : neurone cortical, croisement dans le bulbe, motoneurone de la moelle, jonction neuromusculaire, muscle.
- À la synapse : potentiels d'action, entrée de calcium, exocytose du neurotransmetteur, fixation sur les récepteurs, potentiel postsynaptique, élimination.
- Le motoneurone intègre PPSE et PPSI par sommation spatiale et temporelle.
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