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Biologie, cégep et première année d'université : pièce de démonstration

Tout ou rien

Le potentiel d'action, à manipuler plutôt qu'à mémoriser.

Ce que vous saurez faire ensuite

Prédire comment un neurone répond à un stimulus donné (faible, fort, répété, maintenu) et l'expliquer par le jeu de deux canaux.

Le format

Quinze minutes, quatre expériences, un vrai modèle : celui de Hodgkin et Huxley (1952)

Avant de stimuler

Au repos, la membrane est une pile chargée

Dehors, beaucoup de sodium (Na⁺) ; dedans, beaucoup de potassium (K⁺). L'intérieur reste négatif : c'est le potentiel de repos, −65 mV dans le modèle que vous allez manipuler. Quatre acteurs :

  • Le sodium

    Nombreux dehors. Dès qu'une porte s'ouvre, il entre : tout le pousse vers l'intérieur.

  • Le potassium

    Nombreux dedans. Quand sa porte s'ouvre, il sort, et l'intérieur redevient négatif.

  • Le canal à sodium

    Rapide. Il s'ouvre dès que la membrane se dépolarise, puis un bouchon le referme en une milliseconde ou deux.

  • Le canal à potassium

    Lent. Il s'ouvre à la même occasion, mais avec du retard. Il tarde aussi à se refermer.

Le banc d'essai

Quatre expériences. Pariez d'abord, stimulez ensuite.

Avant chaque essai, pariez sur ce que vous allez voir : c'est l'écart entre le pari et le tracé qui apprend. Rien n'est noté.

Où commence la réponse ?

Un choc bref, d'une milliseconde. Commencez à 4, puis montez cran par cran jusqu'à ce que quelque chose change vraiment.

Votre pariÀ l'intensité 4, le potentiel de membrane va…

Un stimulus deux fois plus fort ?

Stimulez à 8. Puis à 16. Les tracés restent à l'écran : comparez-les.

Votre pariAvec un stimulus deux fois plus fort, le potentiel d'action sera…

Et si on recommence tout de suite ?

Deux chocs. Le premier est fixé à 12 et déclenche toujours un potentiel d'action. Vous réglez le second : son délai, puis sa force. Commencez à 6 ms, puis cherchez quand la membrane répond de nouveau.

Votre pariUn second choc identique, 6 ms après le premier, donnera…

Alors comment dire « plus fort » ?

Cette fois le courant est maintenu pendant 140 ms, comme un stimulus qui dure. Essayez 7, puis 20.

Votre pariAvec un courant plus fort, les potentiels d'action seront…

en microampères par centimètre carré

après le début du premier

La membrane

Le potentiel de membrane

Résultat

Réglez l'intensité, puis stimulez.

Relire le tracé

Cinq temps, deux canaux

Tout tient à un décalage : le canal à sodium est rapide, le canal à potassium est lent. Ce tracé vient du même modèle, stimulé à 10.

+400−40−6525 ms0 stimulus 1 2 3 4 5
  1. Le repos

    Les deux canaux sont fermés. −65 mV.

  2. La montée

    Au seuil, vers −59 mV, les canaux à sodium s'ouvrent ; le sodium qui entre en ouvre d'autres. La réaction s'emballe : c'est tout, ou rien.

  3. La descente

    Vers +40 mV, un bouchon referme les canaux à sodium, et ceux à potassium s'ouvrent enfin. Le potassium sort. Tant que le bouchon est en place, aucun stimulus ne peut relancer la membrane : c'est la période réfractaire absolue.

  4. Le creux

    Les canaux à potassium tardent à se refermer : le potentiel descend jusqu'à −76 mV. Pendant ce creux, il faut un stimulus plus fort : période réfractaire relative.

  5. Le retour

    Les canaux à potassium finissent de se refermer ; le potentiel remonte lentement à −65 mV.

À emporter

Quatre phrases, chacune vérifiée par vos mains

  • Il y a un seuil

    Sous lui, la membrane bouge un peu et revient. Au-dessus, elle s'emballe.

  • C'est tout ou rien

    Un stimulus plus fort ne donne pas un potentiel d'action plus grand. La hauteur ne porte aucune information.

  • Il y a un temps mort

    La période réfractaire plafonne la fréquence, et empêche l'influx de rebrousser chemin le long de l'axone.

  • L'intensité se dit en fréquence

    Un stimulus plus fort donne des potentiels d'action plus rapprochés. Le neurone ne crie pas plus fort : il parle plus vite.

Un dernier pari, sans le banc

Une pression légère, puis une pression forte

Votre pariUn récepteur de la peau reçoit une pression légère, puis une pression forte. Qu'est-ce qui change dans le message de son neurone ?