DU CANAL IONIQUE AU POTENTIEL D' ACTION

Jean-Pierre FONTANA Lycée Giocante de Casabianca

Académie de CORSE









RESUME : Logiciel d'aide à l'enseignement de la neurophysiologie cellulaire né des précédentes rencontres méditerranéennes d'Ex.A.O qui se sont tenues à Marseille au mois de Mai 1995. Il a été écrit par des scientifiques maîtrisant tous les concepts de l'électrogénèse neuronale.
Le logiciel s'adapte aux programmes d'enseignement de Terminales S, des classes préparatoires aux grandes écoles et du premier cycle d'enseignement universitaire en Sciences de la Vie.

Présentation générale

Ce logiciel est né des précédentes rencontres méditerranéennes d’Ex.A.O qui se sont tenues à Marseille au mois de Mai 1995. Il a été écrit par des scientifiques maîtrisant tous les concepts de l’électrogénèse neuronale. Elaboré à l’origine comme un outil de travail quotidien de laboratoire, il a été adapté, en conjonction avec des enseignants, dans sa forme et dans ses objectifs pédagogiques pour être accessible à un vaste public concerné par les divers aspects du fonctionnement du neurone.

Le logiciel s’adapte aux programmes d’enseignement de Terminales S, des classes préparatoires aux grandes écoles et du premier cycle d’enseignement universitaire en Sciences de la Vie. Cette capacité à répondre à des questions posées à des niveaux aussi divers de connaissance résulte de deux caractéristiques essentielles qui font la spécificité de ce logiciel.

En premier lieu, les simulations proposées ne sont aucunement métaphoriques. Tous les protocoles, complexes comme ceux du potentiel d’action et de l’intégration synaptique, ou plus analytiques comme pour le fonctionnement d’un canal ionique, incorporent les données réelles, physiques, des phénomènes ioniques et membranaires. Ceci est rendu possible et de façon très souple à l’usage par le réalisme des modèles. Plus qu’une " simulation " de la réalité, ce logiciel est une " reconstruction " de celle-ci. De ce fait, il y a un enchaînement logique entre les divers niveaux d’étude. Chacun peut ainsi, en fonction de ses objectifs pédagogiques, mettre l’éclairage sur un niveau et évoquer, lorsque nécessaire, les aspects plus intégrés ou plus analytiques qui s’y rattachent.

En second lieu, tous les protocoles donnent accès aux paramètres impliqués. Ceux-ci sont ajustables à tout moment et dans tous les protocoles. Pour autant, les menus sont proposés avec des valeurs standards que l’on peut appeler pour retrouver des conditions physiologiques. L’utilisateur peut ainsi évaluer l’impact des concentrations ioniques, l’effet des bloqueurs des canaux ioniques (TTX et TEA), celui de la densité de canaux..... sur le potentiel de repos et sur l’excitabilité du neurone. Il découvrira l’existence d’une période réfractaire dont il trouvera l’origine dans les caractéristiques des canaux sodium. Il prendra conscience que la loi du Tout-ou-Rien ne s’oppose pas à la notion de plasticité du signal neuronal, notion essentielle du fonctionnement du système nerveux. Il verra que la charge cellulaire en potassium, ion positif, aboutit à donner aux cellules une polarisation négative (tout enseignant a dû être confronté à ce paradoxe!). Il passera ainsi progressivement de l’aspect le plus élémentaire que constitue la vision au niveau du canal ionique, aux aspects plus intégrés de la transmission synaptique. Cette progression conceptuelle est illustrée par le nom du logiciel " du canal ionique...au potentiel d’action " et par le contenu des menus proposés :

Le potentiel de repos

Où l’on trouve son origine dans la distribution asymétrique des ions sodium et potassium et dans lapréférence marquée de la membrane cellulaire pour les ions potassium.

Les canaux ioniques

Les portes d’entrée et de sortie des ions. Vue directe sur les oscillations structurales apparemment désordonnées d’une seule molécule, la protéine-canal. Sous cet aspect aléatoire existe en réalité un déterminisme, ici régulé par la polarisation électrique de la membrane, déterminisme que l’observation de nombreux canaux met en évidence.

Le potentiel imposé

Du " microscopique ", le flux ionique dans un canal, on passe au " macroscopique ", le courant généré par l’ouverture des milliers de canaux présents dans la membrane d’un neurone.

Le potentiel d’action

C’est la résultante des mouvements d’ions " macroscopiques " se produisant dans un neurone. Evénement fugace et violent, il résulte d’une séquence rapide affectant successivement les canaux sodium et potassium. Comment un phénomène, somme toute relativement simple, peut-il être indispensable aux fonctions les plus nobles du système nerveux que sont la mémoire, l’intelligence (et parfois son contraire)? Le mystère demeure.

La période réfractaire

C’est une limite à cette belle mécanique. Limite utile aussi, assurant au neurone un temps (bref) pour récupérer de ses efforts.

Les potentiels synaptiques

Ce sont les signaux d’entrées et de sorties du neurone. Dire qu’il ne s’agit que de cela est toutefois réducteur. Il y a interaction entre les influences synaptiques et les potentialités de codage du neurone qui les reçoit. C’est la base même d’un dialogue si le terme est acceptable lorsque de très nombreux interlocuteurs participent à la discussion.

PRESENTATION DES PROTOCOLES

La communication écrite présentée par Jean-Pierre FONTANA présente pour ces différentes parties des pages écrans qu'il n'est pas possible de reproduire correctement ici.
En voici les titres :

En attendant que l'auteur nous fasse parvenir des images lisibles nous vous invitons à télécharger la version démo du logiciel depuis la logithèque SVT Toulouse

Réalisation technique : Pierre-Yves PELLEFIGUE Toulouse