Le message nerveux : le potentiel d'action d'un neurone

Quand on stimule une fibre assez fortement, le potentiel de membrane s'inverse brièvement : c'est le potentiel d'action (PA). Il comporte plusieurs phases :

• une dépolarisation : le potentiel passe de $-70$ à environ $+30\text{ mV}$, car des canaux à ${\text{Na}}^{+}$ sensibles au voltage s'ouvrent et le ${\text{Na}}^{+}$ entre massivement ;
• une repolarisation : les canaux à ${\text{Na}}^{+}$ se ferment, des canaux à ${\text{K}}^{+}$ s'ouvrent et le ${\text{K}}^{+}$ sort ;
• une courte hyperpolarisation (le potentiel descend sous $-70\text{ mV}$), puis le retour au potentiel de repos.

L'amplitude du PA est d'environ 100 mV et sa durée de 1 à 2 ms.

Une fibre isolée obéit à la loi du tout ou rien. En dessous d'une intensité seuil, elle ne produit pas de PA. Au-dessus du seuil, le PA a toujours la même amplitude. Juste après un PA, la fibre ne peut pas en produire un autre : c'est la période réfractaire. Les PA restent donc séparés.

L'intensité d'une stimulation est donc codée par la fréquence des PA (nombre de PA par seconde), et non par leur amplitude : c'est un codage en fréquence.

Pour un nerf entier, l'amplitude du potentiel global augmente avec l'intensité de stimulation, jusqu'à un maximum. En effet, chaque fibre a son propre seuil : plus on stimule fort, plus on recrute de fibres. Ce n'est pas une contradiction avec la loi du tout ou rien.

Exemple. Énoncé : on stimule une fibre isolée et on enregistre pendant 50 ms. Stimulation A (0,2 V) : aucun PA. Stimulation B (0,5 V) : 3 PA de 100 mV chacun. Stimulation C (1,5 V) : 8 PA de 100 mV chacun.

• Que montre la stimulation A ? 2) Pourquoi les PA ont-ils la même amplitude en B et en C ? 3) Calcule la fréquence des PA en B et en C, puis conclus.

Résolution :

• A est inférieure au seuil : aucun PA n'apparaît.
• B et C dépassent le seuil. D'après la loi du tout ou rien, une fibre isolée donne toujours des PA de même amplitude (100 mV).
• Fréquence = nombre de PA ÷ durée, avec 50 ms = 0,05 s.

B : $f=\frac{3}{\mathrm{0,05}}=60\text{ Hz}$. C : $f=\frac{8}{\mathrm{0,05}}=160\text{ Hz}$. Conclusion : une stimulation plus forte donne une fréquence de PA plus élevée, avec la même amplitude. Le message nerveux est codé en fréquence de potentiels d'action.