Alimentation et dépendance

 

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Le cerveau est le centre du système nerveux. Il est capable d’intégrer les informations, de contrôler la motricité et d’assurer les fonctions cognitives.

 

Les centres du circuit de la récompense agissent ensemble afin de guider nos actions et notre comportement. On observe ainsi des interactions entre les différentes aires cérébrales impliquées dans le circuit.

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Par quel moyen ces différentes régions du cerveau communiquent ?

Cette communication se fait par le biais de cellules nerveuses, appelées neurones. Les neurones établissent des connections, des liens entre eux  afin de créer de véritables voies d’informations contrôlant différents aspect de notre vie (apprentissages, mouvements, émotions…).

 

 Les cellules nerveuses sont constituées de dendrites (correspondant à la voie d’entrée du message nerveux) et d’un axone (voie de sortie), qui peut être recouvert par une gaine de myéline (enveloppe isolante faite d’une substance riche en lipides (la myéline) permettant à l’influx nerveux de circuler plus rapidement).

 

Entre, on trouve l’élément central de la cellule : le corps cellulaire (cell body), aussi appelé le soma. Le soma correspond à la partie sphérique du neurone et contient le nucléus (noyau de la cellule).

Lorsque l’information d’un autre neurone est reçue, les dendrites transmettent le signal au soma qui par la suite en fonction de la puissance de ce signal, le transmet à l’axone.

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Le cerveau est un mélange de neurones :

- autoactifs qui produisent des décharges électriques par bouffées de potentiels d'action (Bursting neurons)

- produisant des décharges à fréquence constante (tonic firing)

- silencieux (mais pouvant être stimulés)

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Bien d’autres critères permettent de différencier certains types de neurones tels que leur quantité de production de potentiel d’action par exemple.
 

Le fonctionnement cérébral ou les apprentissages changent:

- la force des synapses ou la création de nouvelles synapses.

- le mode ou la fréquence de décharge des neurones.

Toutes ces modifications peuvent se produire sur des neurones différents ou sur le même neurone.

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La communication entre deux neurones  est assurée par des jonctions particulières, les synapses correspondant à un espace entre deux neurones appelée fente synaptique. La largeur de ces fentes est inférieure à 0.1 micron (100 millionièmes de mètre) et le temps de passage du message d’une cellule à l’autre est de l’ordre de 0.5 millisecondes.

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Les synapses peuvent être de plusieurs types :

-Chimique (B) dont le message est transmis d’un neurone à l’autre par l’intermédiaire de neurotransmetteurs.

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-Electrique (A), dont le message est transmis par l’intermédiaire de jonctions communicantes de type GAP reliant les éléments pré et post-synaptique. La seule différence anatomique entre ces deux types de synapses est due à la jonction GAP de la synapse électrique.

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- Excitatrices ou inhibitrices.

-  Vers des muscles (synapses neuro-musculaires) ou vers d’autres neurones (synapses neuro-neuronales) .

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Ici, on s’intéresse aux synapses chimiques neuro-neuronales dans le contexte du circuit de la récompense.
Le neurone d’où arrive l’influx nerveux est appelé pré-synaptique. Celui où vont se fixer les neurotransmetteurs porte le nom d’élément post-synaptique.

Comment se forment les synapses ?

Les cellules sont constamment à la recherche d’un contact permanent et stable. Ce contact ne peut se produire que lorsque deux cellules sont maintenues en place par des molécules d'adhésion.

 

De plus, il est important de maintenir un espace très restreint entre ces deux cellules (environ 0,1 microns). Dans le cas contraire, la transmission des signaux neuronaux serait inefficace (due à la dilution des neurotransmetteurs et au temps de diffusion de ces derniers relativement long).

 

Un certain nombre de protéines transmembranaires jouent le rôle des molécules d'adhésion.

 

Chez les neurones, une famille de protéines neuronales, les neurexines, en plus de jouer un rôle dans le fonctionnement des synapses (synaptogénèse / maturation synaptique) interviennent dans le mécanisme d’adhésion.

Une autre protéine nommée SynCAM (protéine située de chacun des 2 côtés des neurones impliqués) possédant une extrémité intracellulaire homologue de celle des neurexines et une partie extracellulaire très caractéristique qui permet l'initiation de la jonction. Les autres protéines (présentes sur le schéma) permettent de renforcer, maintenir cette adhésion.
 

Nous avons représenté ces complexes sur les schémas ci dessous.

 

Après que les molécules d'adhésion aient préparé la structure, les récepteurs, les vésicules et la machinerie de fusion des vésicules doivent être recrutés par les synapses . Sinon, la synapse ne fonctionnera pas.

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Lorsque les synapses sont très sollicitées, celles-ci deviennent plus grosses et possèdent plus de récepteurs et de vésicules de sécrétion, de sorte à ce que le changement d'une transmission productive des actions augmente la transmission du potentiel d'action  (synapse stimulatrice) ou le diminue dans le cas contraire (synapse inhibitrice).

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Comment se transmet le message?
 

1/ le Potentiel d'Action (PA) :

 

Le potentiel d’action est constitué de trois phases principales. Premièrement la dépolarisation, d’une amplitude de 100mV faisant passer le potentiel de la membrane de -70 à +30mV. En suit une repolarisation qui correspond à un retour au potentiel de repos.
En général, le potentiel atteint une valeur plus basse que celle de référence -80mV, c’est l’hyperpolarisation diminuant la fréquence du potentiel d’action (on parle de période réfractaire) pour ensuite retourner à la valeur standard, -70mV. Cette hyperpolarisation est la conséquence des canaux Na+ voltage dépendant fermé pendant une période très brève. 

 

 

Le long d’un neurone, l’influx nerveux est  transmis sous la forme d’une séquence de potentiel d’action.  Le message est donc en premier lieu de nature électrique.

Le potentiel d’action est un signal électrique unidirectionnel traversant le neurone jusqu’à l’axone, événement durant lequel la polarité de la membrane s'inverse. Ce signal électrique  dure entre 1 et 2 millisecondes.

Le potentiel transmembranaire au repos appelé potentiel de repos a une valeur d’environ -70mV.

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Le potentiel d'action est constitué de trois phases principales. Premièrement la dépolarisation, d’une amplitude de 100mV faisant passer le potentiel de la membrane de -70 à +30mV. En suit une repolarisation qui correspond à un retour au potentiel de repos.

 

En général, le potentiel atteint une valeur plus basse que celle de référence -80mV, c’est l’hyperpolarisation diminuant la fréquence du potentiel d’action (on parle de période réfractaire) pour ensuite retourner à la valeur standard, -70mV. Cette hyperpolarisation est la conséquence des canaux Na+ voltage dépendant fermé pendant une période très brève. 

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C’est au niveau du cône axonique (ou cône d’émergence de l’axone), que ce forme le potentiel d'action. Lieu où les canaux potassiques et sodiques sont en surabondance au niveau de la membrane plasmique.  Lorsque les dépolarisations somato-dendritiques y arrivent et que leur sommation atteignent ou dépassent le potentiel seuil, il se produit une ouverture de tous canaux (seuls les canaux qui sont adjacents à la zone de dépolarisation ou ceux qui sont dans le « nœud de Renvier » (espace entre deux gaines de myéline) pour les neurones myélinisés) sodiques voltage-dépendant donnant naissance à des potentiels d'action qui vont se déplacer le long de l'axone.

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Le potentiel d'action parvient ensuite jusqu'à la pointe de l'axone afin d'activer, au niveau de la synapse les canaux Ca2+ voltage dépendant, affectant la sécrétion de neurotransmetteurs.

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Ce potentiel d'action est un phénomène électrique qui présente deux caractéristiques fondamentales :

- A partir de la valeur seuil de dépolarisation, toute augmentation ultérieure de l'amplitude de la stimulation n'apporte aucun changement dans la réponse observée : le PA obéit à la loi du tout ou rien. Si le seuil de dépolarisation n'est pas atteint, il n'apparaît pas. Si le seuil est atteint, la réponse est maximale d'emblée. Emis en un point de l'axone, il se propage sans atténuation tout au long de la fibre.

- Le déplacement d'un potentiel d'action le long d'un axone, modifie succéssivement la polarité de la membrane cellulaire.