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1.1 Introduction 11
1.1 Introduction
Ce chapitre est une introduction au fonctionnement biophysique des neurones.
L’objectif est d’aborder les notions biologiques indispensables à toute étude de
la modélisation neuronale. Même si les travaux théoriques dans ce domaine se
basent surtout sur des outils mathématiques, il est nécessaire de connaître la réalité
biologique pour prendre en compte correctement les contraintes qu’elle peut
exercer sur la modélisation. Une connaissance suffisamment importante des méthodes
expérimentales d’observation de l’activité neuronale ou cérébrale est tout
aussi essentielle. De plus, une partie conséquente de notre travail est justement
consacrée à l’élaboration d’outils d’analyse de données électrophysiologiques.
Après avoir placé le système nerveux dans son contexte biologique (section 1.2),
nous présenterons l’organisation anatomique du neurone (section 1.3). Nous exposerons
aussi les principes biophysiques du fonctionnement neuronal (section 1.4),
notamment la génération du potentiel d’action (section 1.5)et la transmission
synaptique (section 1.6). Nous terminerons par une présentation des principales
techniques expérimentales de mesure de l’activité neuronale et cérébrale
(section 1.7).
1.2 Principes généraux d’organisation
Nous introduisons dans ce premier chapitre les bases biologiques du fonctionnement
cérébral. Les principales références sont (Purves et al. 2004, Raven et al.
2007).
1.2.1 Le système nerveux dans le monde animal
L’apparition du système nerveux date probablement d’environ 600 millions
d’années. L’ancêtre commun des bilatériens (ensemble des espèces animales admettant
une symétrie bilatérale) présentait un plan d’organisation tubulaire renfermant
un tube digestif et un cordon nerveux. Ce cordon comprenait dans sa
partie antérieure un ganglion, regroupement de cellules nerveuses. Cette organisation
en système central (cerveau, chez les vertébrés) et en cordon (moelle épinière)
caractérise le système nerveux de toutes les espèces bilatériennes existant aujourd’hui,
incluant notamment les invertébrés et les vertébrés.
Avec les radiaires, espèces animales présentant une symétrie radiale (par exemple
les méduses), les bilatériens constituent le sous-règne des eumétazoaires.
Cette catégorie comprend toutes les espèces animales (métazoaires) à l’exception
des éponges et possède notamment comme caractéristique la présence d’un
système nerveux. Ce dernier est décentralisé chez les radiaires et c’est chez les
bilatériens que l’on parle véritablement de système nerveux organisé. Le système
nerveux permet d’intégrer les informations sur l’environnement et de commander
les organes moteurs pour la locomotion.
Parmi les espèces bilatériennes, les vertébrés sont caractérisés par la présence
d’un squelette, comprenant notamment un crâne protégeant le cerveau et une co-