L’élément central du système nerveux en général et du cerveau en particulier est le neurone ou la cellule nerveuse, les « cellules cérébrales » du langage populaire. Un neurone est une cellule excitable électriquement qui traite et transmet des informations par signalisation électrochimique. Contrairement aux autres cellules, les neurones ne se divisent jamais et ne meurent pas non plus pour être remplacés par de nouvelles. De même, ils ne peuvent généralement pas être remplacés après avoir été perdus, à quelques exceptions près.
Le cerveau humain moyen compte environ 86 milliards de neurones (ou cellules nerveuses) et beaucoup plus de névroglies (ou cellules gliales) qui servent à soutenir et à protéger les neurones (voir toutefois la fin de cette page pour plus d’informations sur les cellules gliales). Chaque neurone peut être connecté à 10 000 autres neurones, qui se transmettent des signaux par l’intermédiaire de 1 000 billions de connexions synaptiques, ce qui équivaut, selon certaines estimations, à un ordinateur doté d’un processeur de 1 000 milliards de bits par seconde.
Le saviez-vous ?
Contrairement aux autres cellules du corps, la plupart des neurones du cerveau humain ne sont capables de se diviser pour fabriquer de nouvelles cellules (un processus appelé neurogenèse) que pendant le développement du fœtus et pendant quelques mois après la naissance.
Ces cellules cérébrales peuvent augmenter de taille jusqu’à l’âge d’environ dix-huit ans, mais elles sont essentiellement conçues pour durer toute la vie.
Il est intéressant de noter que la seule zone du cerveau où la neurogenèse se poursuit tout au long de la vie est l’hippocampe, une zone essentielle pour le codage et le stockage de la mémoire.
La transmission des informations dans le cerveau
La transmission de l’information dans le cerveau, telle qu’elle a lieu pendant les processus d’encodage et de récupération de la mémoire, est réalisée grâce à une combinaison de produits chimiques et d’électricité. Il s’agit d’un processus très complexe qui comporte une série d’étapes interdépendantes, mais un aperçu rapide peut être donné ici.
Un neurone typique possède un soma (le corps cellulaire bulbeux qui contient le noyau cellulaire), des dendrites (longs filaments plumeux attachés au corps cellulaire dans un « arbre dendritique » complexe de ramification) et un axone unique (un filament cellulaire spécial, extra-long et ramifié, qui peut être des milliers de fois plus long que le soma).
Chaque neurone maintient un gradient de tension à travers sa membrane, en raison des différences métaboliques entre les ions de sodium, de potassium, de chlorure et de calcium à l’intérieur de la cellule, chacun d’eux ayant une charge différente. Si la tension change de manière significative, une impulsion électrochimique appelée potentiel d’action (ou impulsion nerveuse) est générée. Cette activité électrique peut être mesurée et affichée sous la forme d’une forme d’onde appelée onde cérébrale ou rythme cérébral.
Cette impulsion se déplace rapidement le long de l’axone de la cellule et est transférée par une connexion spécialisée, appelée synapse, à un neurone voisin, qui la reçoit par l’intermédiaire de ses dendrites plumeuses. Une synapse est une jonction membranaire complexe (la fente synaptique est de l’ordre de 20 nanomètres, soit 20 millionièmes de millimètre) utilisée pour transmettre des signaux entre les cellules, et ce transfert est donc connu sous le nom de connexion synaptique. Bien que les connexions synaptiques axon-dendrite soient la norme, d’autres variations (par exemple dendrite-dendrite, axon-axon, dendrite-axon) sont également possibles. Un neurone typique se déclenche 5 à 50 fois par seconde.
Chaque neurone maintient un gradient de tension à travers sa membrane, en raison des différences métaboliques entre les ions de sodium, de potassium, de chlorure et de calcium à l’intérieur de la cellule, chacun d’eux ayant une charge différente. Si la tension change de manière significative, une impulsion électrochimique appelée potentiel d’action (ou impulsion nerveuse) est générée. Cette activité électrique peut être mesurée et affichée sous la forme d’une forme d’onde appelée onde cérébrale ou rythme cérébral.
Cette impulsion se déplace rapidement le long de l’axone de la cellule et est transférée par une connexion spécialisée, appelée synapse, à un neurone voisin, qui la reçoit par l’intermédiaire de ses dendrites plumeuses. Une synapse est une jonction membranaire complexe (la fente synaptique est de l’ordre de 20 nanomètres, soit 20 millionièmes de millimètre) utilisée pour transmettre des signaux entre les cellules, et ce transfert est donc connu sous le nom de connexion synaptique. Bien que les connexions synaptiques axon-dendrite soient la norme, d’autres variations (par exemple dendrite-dendrite, axon-axon, dendrite-axon) sont également possibles. Un neurone typique se déclenche 5 à 50 fois par seconde.
Chaque neurone individuel peut ainsi former des milliers de liens avec d’autres neurones, ce qui donne un cerveau typique de plus de 100 billions de synapses (jusqu’à 1 000 billions, selon certaines estimations). Les neurones fonctionnellement liés se connectent les uns aux autres pour former des réseaux neuronaux (également appelés réseaux ou assemblages de neurones). Les connexions entre les neurones ne sont pas statiques, mais elles changent au fil du temps. Plus les signaux envoyés entre deux neurones sont nombreux, plus la connexion est forte (techniquement, l’amplitude de la réponse du neurone postsynaptique augmente). Ainsi, à chaque nouvelle expérience et à chaque événement ou fait mémorisé, le cerveau recâble légèrement sa structure physique.
Les interactions des neurones ne sont pas seulement électriques, mais aussi électrochimiques. Chaque terminal d’axone contient des milliers de sacs membranaires appelés vésicules, qui à leur tour contiennent chacun des milliers de molécules neurotransmettrices. Les neurotransmetteurs sont des messagers chimiques qui relaient, amplifient et modulent les signaux entre les neurones et les autres cellules. Les deux neurotransmetteurs les plus courants dans le cerveau sont les acides aminés glutamate et GABA ; d’autres neurotransmetteurs importants comprennent l’acétylcholine, la dopamine, l’adrénaline, l’histamine, la sérotonine et la mélatonine.
Le développement du cerveau pendant l’enfance
Pendant l’enfance, et en particulier pendant l’adolescence, un processus est connu sous le nom de « taille synaptique ».
Bien que le cerveau continue de croître et de se développer, le nombre total de neurones et de synapses est réduit jusqu’à 50 %, ce qui élimine les structures neuronales inutiles et permet de les remplacer par des structures plus complexes et plus efficaces, mieux adaptées aux exigences de l’âge adulte.
Lorsqu’ils sont stimulés par une impulsion électrique, des neurotransmetteurs de différents types sont libérés, et ils traversent la membrane cellulaire dans l’espace synaptique entre les neurones. Ces substances chimiques se lient ensuite à des récepteurs chimiques dans les dendrites du neurone récepteur (post-synaptique). Ce faisant, ils modifient la perméabilité de la membrane cellulaire à des ions spécifiques, ouvrant des portes ou des canaux spéciaux qui laissent entrer un flot de particules chargées (ions de calcium, de sodium, de potassium et de chlorure). Cela affecte la charge potentielle du neurone récepteur, qui lance alors un nouveau signal électrique dans le neurone récepteur. L’ensemble du processus prend moins de cinq centièmes de seconde. Ainsi, un message dans le cerveau est converti, lorsqu’il passe d’un neurone à un autre, d’un signal électrique à un signal chimique et vice-versa, dans une chaîne d’événements continue qui est à la base de toute l’activité cérébrale.
Le signal électrique émis par un neurotransmetteur particulier peut être tel qu’il incite la cellule réceptrice à s’activer également ou qu’il l’empêche ou l’empêche de s’activer. Différents neurotransmetteurs ont tendance à agir comme excitateurs (par exemple l’acétylcholine, le glutamate, l’aspartate, la noradrénaline, l’histamine) ou inhibiteurs (par exemple le GABA, la glycine, la sérotonine), tandis que certains (par exemple la dopamine) peuvent être l’un ou l’autre.