L'électronique du cerveau
et les transmissions des signaux
Cet exposé se conçoit comme une réflexion sur la
manière dont la nature a résolu certains problèmes
dûs aux transmissions des signaux. Par extension, nous pourrons
ensuite voir comment les hommes ont traité à leur
manière ces mêmes transmissions d'information (audio,
vidéo, informatiques, etc.), et finalement comment les solutions
retenues n'étaient finalement pas si différentes... Ce
cours va tenter d'être le plus simple possible de manière
à ne pas se perdre dans les méandres de la chimie: je
m'en excuse d'avance à ceux qui pourraient en rester sur leur
faim.
On va donc partir du cas le plus simple oû nous avons:
1)- un stimuli quelconque (input)
2)- un récepteur influencé par ce stimuli (les neurones)
3)- une transmission de cette information (output)
1) les stimulis (input) par
exemple d'une brûlure, d'un choc, d'un son ou de n'importe quelle
sensation.
A l'entrée, le système nerveux tente d'extraire du monde extérieur
ce qui est biologiquement intéressant. Et donc d'éviter
le reste. Pour ce faire, les récepteurs sont sensibles aux variations du stimulus. Par exemple
lorsque une pression sur la peau s'établit, ou lorsque elle
disparaît. Car il importe d'être informé des changements de notre
environnement: personne n'a envie qu'on le rappelle 16 heures par jour
qu'il porte des chaussures. Le cortex visuel sera ainsi plus
intéressé par les contrastes et les mouvements. Tous ces
stimulis vont informer les neurones grâce aux dendrites
2) Le neurone
Quelques chiffres...
Un cerveau humain contient 100 milliards de neurones, dont chacun peut
avoir 1000 liaisons avec d'autres neurones.
Le neurone, ou cellule nerveuse isolée, reçoit les influx nerveux par
des ramifications courtes et nombreuses, les dendrites, puis les
achemine par une fibre unique: l'axone.
3) L'axone
Longue fibre transmettant les signaux
sortants du neurone, pouvant aller jusqu'à 1 mètre.
Caractéristiques
électriques du neurone
En période de repos, il est polarisé
à négativement à 70 millivolts par rapport
à l'extérieur. Tout changement de ce potentiel de repos
tend à se propager dans toutes les directions,
s'atténuant lorsqu'on s'éloigne de sa source.
Caractéristiques des signaux
entrants:
Les signaux électriques traversant les dendrites s'affaiblissent
très vites et ne dépassent pas le millimètre. Ce
sont des signaux que l'on peut qualifier d'analogiques car
l'intensité du signal électrique est intimement
liée à celle du stimuli.. A titre de comparaison, on peut
mettre en parallèle une tête de lecture de phonographe.
Les tensions sont quasiment les mêmes, et leur variations
dépend de la puissance du signal.
Ces signaux, tout fidèles qu'ils puissent être, n'ont pas
une grande portée. L'évolution serait très
vite arrivée dans un cul-de-sac s'il elle s'était
acharnée dans ce sens. Voici le subterfuge employé pour
contourner ce problème...
Caractéristiques des signaux
sortants
Les signaux sortants sont eux des impulsions électriques
alternatives dont la tension est inchangée tandis que la
fréquence variera en fonction de la puissance du stimuli. C'est
ce potentiel d'action qui peut maintenant traverser la longueur de
l'axone sans atténuation. La nature a ensuite choisi chez les
vertébrés supérieurs de recouvrir tout l'axone
d'une graisse, la myéline. Ce subterfuge permet de
réduire le diamètre de l'axone et de transmettre l'influx
nerveux à la vitesse de 25 mètres secondes. Comparez cela
à l'axone de la seiche qui fait son bon demi millimètre
de diamètre et nécessite 5000 fois plus d'énergie
pour le même résultat, et vous comprendrez que le gain de
cette trouvaille technologique qu'est la myéline.
Les impulsions sortantes du neurone vont de + 40 mV à - 70
mV et durent une milliseconde.
