Neurophysiologie

Auteur : Flora Vezzá • Examinateur : Davis Ananouh
Dernière révision : 19 juin 2025
Temps de lecture : 29 minutes

La neurophysiologie est la branche de la physiologie consacrée à la compréhension des mécanismes et des fonctions du système nerveux, le réseau le plus complexe et le plus vital de l'organisme.

Elle explore l'interaction dynamique entre l'encéphale, la moelle spinale et les nerfs périphériques, et décrypte la manière dont ces structures fonctionnent à l'unisson pour tout réguler : des processus physiologiques de base aux fonctions cognitives avancées.

Fondamentalement, la neurophysiologie étudie comment les neurones, unités fondamentales du système nerveux, communiquent par signaux électrochimiques, comment ils intègrent de vastes quantités d'informations et comment ils génèrent des réponses précises et coordonnées aux stimuli internes et externes.

Points clés sur la neurophysiologie
Neurophysiologie	Étude du système nerveux, axée sur la communication neuronale, les potentiels d’action et la coordination des réponses du corps aux stimuli
Système nerveux central (SNC)	Comprend l'encéphale et la moelle spinale ; responsable du traitement des informations sensorielles et de la génération de commandes
Système nerveux périphérique (SNP)	Comprend les nerfs situés à l'extérieur du SNC ; divisé en système somatique (mouvements volontaires) et autonome (fonctions involontaires)
Homéostasie	Le système nerveux maintient des conditions internes stables grâce à des mécanismes de rétroaction (par exemple, la régulation de la température)
Contrôle moteur (division efférente)	Implique l'encéphale, la moelle spinale et les nerfs périphériques pour réguler le mouvement musculaire ; contrôlé par le cortex moteur, les noyaux gris centraux et le cervelet
Réponses autonomes	Actions involontaires contrôlées par le système nerveux autonome, notamment le rythme cardiaque et la digestion ; elles sont divisées en réactions sympathiques (« combat ou fuite ») et parasympathiques (« repos et digestion »)
Sens généraux	Comprend le toucher, la température, la douleur, la pression et la proprioception ; ils sont détectés par divers récepteurs répartis dans tout le corps
Sens spéciaux	- Vision : Détection de la lumière par les yeux ; traitement dans le lobe occipital - Ouïe : Ondes sonores détectées par l’oreille ; traitement dans le lobe temporal - Odorat et goût : Détection chimique par les récepteurs olfactifs et les papilles gustatives - Sensations vestibulaires : Équilibre et orientation spatiale via le système vestibulaire de l’oreille interne
Signalisation neuronale	Les neurones communiquent via des potentiels d’action et une transmission synaptique impliquant des neurotransmetteurs
Neurotransmetteurs	Messagers chimiques ; classés comme excitateurs (par exemple, le glutamate) ou inhibiteurs (par exemple, le GABA), régulant diverses fonctions comme l'humeur, la cognition et le sommeil
Troubles neurologiques	Comprend la maladie d’Alzheimer, la maladie de Parkinson, l’épilepsie, la sclérose en plaques, les accidents vasculaires cérébraux et les migraines, affectant différents aspects du fonctionnement de l'encéphale et du système nerveux

Sommaire

Système nerveux
Homéostasie
Contrôle moteur
Sens
1. Sens généraux
2. Sens spéciaux
Signalisation neuronale
Les neurotransmetteurs et leurs rôles
Troubles neurologiques
Sources

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Système nerveux

D'un point de vue structurel, le système nerveux se divise en deux composantes principales : le système nerveux central (SNC) et le système nerveux périphérique (SNP).

Le SNC comprend l'encéphale et la moelle spinale, qui constituent le principal centre de contrôle. Logé dans le crâne, l'encéphale est l'organe le plus complexe, contenant des milliards de neurones communiquant par des milliards de synapses. Il est responsable du traitement des informations sensorielles, de la génération des pensées et de l'émission des commandes. La moelle spinale, protégée par la colonne vertébrale, est la principale voie de transmission des signaux entre l'encéphale et le reste du corps.
Le SNP est constitué de nerfs reliant l'encéphale et la moelle spinale à d'autres parties du corps, notamment les membres et les organes. Il se divise en système nerveux somatique, qui contrôle les mouvements volontaires et transmet les informations sensorielles, et en système nerveux autonome (SNA), qui régule les fonctions involontaires comme le rythme cardiaque et la digestion. Le SNA est lui-même subdivisé en systèmes sympathique et parasympathique, qui fonctionnent généralement en opposition. Le système nerveux sympathique est principalement responsable de la réaction de combat ou de fuite de l'organisme. Son activation entraîne des changements physiologiques tels qu'une accélération du rythme cardiaque, une dilatation des pupilles et une libération d'adrénaline/épinéphrine. Ces changements optimisent l'organisme pour une activité physique rapide et intense, améliorant la vigilance et la réactivité aux stimuli externes. À l'inverse, le système nerveux parasympathique régit les fonctions de repos et de digestion. Il ralentit le rythme cardiaque, réduit la tension artérielle et stimule les processus digestifs.

Homéostasie

L'une des fonctions les plus cruciales du système nerveux est l'homéostasie. L'homéostasie est la capacité de l'organisme à maintenir un environnement interne stable malgré les variations des conditions extérieures. Cet équilibre est essentiel à la survie et est étroitement régulé par le système nerveux. Ce dernier surveille des variables physiologiques telles que la température, le pH et la pression artérielle et réagit de manière appropriée lorsque ces variables s'écartent des valeurs normales.

Le système nerveux utilise des mécanismes de rétroaction pour maintenir l'homéostasie. Par exemple, lors de la régulation de la température, des récepteurs détectent les variations de température corporelle et envoient des signaux à l'hypothalamus, le centre de thermorégulation de l'encéphale. Si le corps est trop chaud, l'hypothalamus déclenche des mécanismes de refroidissement comme la transpiration et la vasodilatation (dilatation des vaisseaux sanguins) pour libérer la chaleur. Si le corps est trop froid, il déclenche des frissons et une vasoconstriction (rétrécissement des vaisseaux sanguins) pour conserver la chaleur. Ces boucles de rétroaction négative sont essentielles au maintien des paramètres optimaux du corps.

Contrôle moteur

Le contrôle moteur désigne la capacité du système nerveux à réguler et guider les muscles et les membres pour effectuer les mouvements souhaités. Il implique l'encéphale, la moelle spinale et les nerfs périphériques.

La moelle spinale joue un rôle essentiel dans le contrôle moteur, agissant comme un canal majeur d'information motrice. Elle transmet des signaux entre l'encéphale et les muscles et contient des arcs réflexes, de simples circuits neuronaux qui contrôlent les actions réflexes. Par exemple, le réflexe rotulien est médié par un arc réflexe de la moelle spinale, permettant à la jambe de s'étendre rapidement en réponse à une tape sur le genou sans intervention cérébrale.

Les mouvements volontaires sont principalement contrôlés par le cortex moteur du lobe frontal. Lorsqu'une personne décide de bouger, le cortex moteur envoie des signaux via le faisceau corticospinal à la moelle spinale, qui dirige ensuite les muscles concernés.

Les noyaux gris centraux et le cervelet sont essentiels à la précision des mouvements. Les noyaux gris centraux aident à initier les mouvements et à réguler leur intensité, tandis que le cervelet surveille les mouvements en cours, en comparant les actions prévues avec les actions réelles et en effectuant des ajustements pour garantir un mouvement fluide et précis.

L'apprentissage moteur, processus d'acquisition de nouvelles habiletés motrices, implique le cervelet et les modifications de la force synaptique au sein des circuits neuronaux.

Les réponses autonomes sont des actions involontaires régulées par le système nerveux autonome (SNA), qui contrôle l'activité des muscles lisses, des muscles cardiaques et des glandes. Contrairement au contrôle moteur volontaire, les réponses autonomes gèrent des fonctions corporelles essentielles telles que le rythme cardiaque, la digestion et la fréquence respiratoire. Le SNA est divisé en deux composantes :

Le système nerveux sympathique déclenche la réaction de « combat ou fuite », préparant ainsi le corps à une activité physique intense en augmentant le rythme cardiaque, en dilatant les pupilles et en redirigeant le sang vers les muscles.
Le système nerveux parasympathique favorise la réaction de « repos et digestion », ralentissant le rythme cardiaque, facilitant la digestion et conservant l'énergie pendant les états de relaxation.

Alors que le système nerveux somatique contrôle les mouvements volontaires, le système nerveux autonome régule ces réponses involontaires, assurant ainsi le maintien de l'homéostasie du corps pendant les périodes de stress et de repos.

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Sens

Les systèmes sensoriels permettent au corps de percevoir et d'interpréter les environnements externe et interne, permettant ainsi des réactions et des adaptations appropriées. Les informations sensorielles sont collectées par des récepteurs spécialisés et transmises au SNC, où elles sont traitées et intégrées pour former une image cohérente du monde.

Sens généraux

Les sens généraux comprennent le toucher, la température, la douleur, la pression et la proprioception (le sens de la position du corps). Ces sens sont détectés par des récepteurs répartis dans tout le corps. Par exemple :

Les mécanorécepteurs réagissent aux forces mécaniques comme la pression et les vibrations.
Les thermorécepteurs détectent les variations de température.
Les nocicepteurs perçoivent les stimuli douloureux, qu'ils soient dus à des dommages mécaniques, des températures extrêmes ou une irritation chimique.
Les propriocepteurs fournissent des informations sur la position et les mouvements du corps, essentielles à l'équilibre et à la coordination.

Sens spéciaux

Les sens spéciaux sont plus complexes et impliquent des organes spécialisés :

La vision est assurée par les yeux, qui détectent la lumière et la convertissent en signaux électriques. Ces signaux sont traités par le cortex visuel du lobe occipital pour produire des images.
L'audition implique la détection des ondes sonores par l'oreille, qui sont converties en signaux électriques par les cellules ciliées de la cochlée. Ces signaux sont ensuite traités par le cortex auditif du lobe temporal.
L'odorat et le goût sont des sens chimiques qui détectent respectivement les substances chimiques en suspension dans l'air et les substances chimiques solubles. Les récepteurs olfactifs du nez et les bourgeons gustatifs de la langue envoient des signaux au cerveau qui sont interprétés comme des odeurs et des goûts spécifiques.

Les sensations vestibulaires sont essentielles à l'équilibre et à l'orientation spatiale, permettant au corps de détecter les changements de position et de mouvement de la tête. Le système vestibulaire est situé dans l'oreille interne et se compose de deux éléments principaux :

Les canaux semi-circulaires, qui détectent les mouvements de rotation de la tête. Chacun des trois canaux est placé dans un plan différent : l’un correspond au plan horizontal ; un autre est placé à un angle de 45° par rapport au plan sagittal ; finalement, le troisième est placé à un angle de 45° par rapport au plan frontal. Ils sont remplis d'un liquide qui se déplace lors de la rotation de la tête et courbe des cellules ciliées dans les canaux, envoyant des signaux au cerveau pour ajuster la posture et les mouvements oculaires.
Les organes otolithiques (utricule et saccule), qui détectent les accélérations linéaires et les forces gravitationnelles. Ces structures contiennent de petits cristaux qui se déplacent en réponse aux mouvements de la tête, activant ainsi les cellules ciliées qui fournissent des informations sur les changements de position de la tête, comme l'inclinaison ou le déplacement vers l'avant.

Les signaux du système vestibulaire sont transmis aux noyaux vestibulaires du tronc cérébral, puis intégrés aux informations visuelles et proprioceptives. Cela contribue au maintien de l'équilibre, à la coordination des mouvements oculaires et de la tête (réflexe vestibulo-oculaire) et à l'ajustement de la posture, ce qui est essentiel pour des activités comme la marche, la course et même la station debout.

Signalisation neuronale

Au cœur de la neurophysiologie se trouvent tous les mécanismes qui contrôlent la communication des neurones entre eux et avec les autres cellules de l'organisme. Cette communication, également appelée signalisation neuronale, se fait par la transmission d'impulsions électriques, appelées potentiels d'action, le long des différentes parties d'un neurone. Lorsqu'un potentiel d'action atteint l'extrémité d'un axone, il déclenche la libération de neurotransmetteurs, des messagers chimiques qui traversent la synapse, l'espace entre les neurones. Ces neurotransmetteurs se lient aux récepteurs du neurone adjacent, ce qui entraîne la génération d'un nouveau signal électrique dans ce neurone. Ce processus complexe permet au système nerveux de traiter et de réagir rapidement à l'information, rendant possibles des actions réflexes et des processus de pensée complexes.

Potentiel de repos

Le potentiel de repos est la différence de potentiel électrique à travers la membrane du neurone lorsqu'il ne transmet pas activement de signal. Il est d'environ -70 millivolts (mV) à l'intérieur de la cellule par rapport à l'extérieur. Ce potentiel est maintenu par la distribution des ions, principalement sodium (Na⁺), potassium (K⁺) et chlorure (Cl^-), et par l'activité de la pompe sodium-potassium (Na⁺/K⁺ ATPase), qui fait sortir trois ions Na⁺ de la cellule et fait entrer deux ions K⁺ à l'intérieur.

Potentiels d’action

Les potentiels d'action sont des variations rapides et transitoires du potentiel de membrane qui se propagent le long de l'axone. Ils sont essentiels à la transmission du signal nerveux. Les phases clés comprennent :

Dépolarisation : Déclenchée lorsque le potentiel de membrane devient plus positif, généralement en raison de l'afflux d'ions Na⁺ via les canaux voltage-dépendants.
Repolarisation : Après le pic du potentiel d'action, les canaux K⁺ s'ouvrent, permettant aux ions K⁺ de sortir de la cellule et rétablissant ainsi le potentiel de membrane négatif.
Hyperpolarisation : Le potentiel de membrane devient temporairement plus négatif que le potentiel de repos en raison de l'activité prolongée des canaux K⁺ avant de revenir à l'état de repos.

Transmission synaptique

Les synapses sont les jonctions par lesquelles les neurones communiquent avec d'autres neurones ou cellules effectrices. Il en existe deux principaux types :

Synapses chimiques : Elles impliquent la libération de neurotransmetteurs du neurone présynaptique dans la fente synaptique, où ils se lient aux récepteurs du neurone postsynaptique, entraînant des modifications de son potentiel de membrane.
Synapses électriques : Elles impliquent un couplage électrique direct entre les neurones via des jonctions communicantes, permettant une transmission plus rapide du signal.

La transmission synaptique est un processus fondamental de la communication neuronale, impliquant la libération et la réception de neurotransmetteurs à travers la synapse. Lorsqu'un potentiel d'action atteint la terminaison présynaptique d'un neurone, il déclenche la libération de neurotransmetteurs stockés dans des vésicules. Ces messagers chimiques sont libérés dans la fente synaptique et se lient à des récepteurs spécifiques de la membrane postsynaptique. Cette liaison provoque l'ouverture des canaux ioniques, entraînant des modifications du potentiel de membrane du neurone postsynaptique. Selon le type de neurotransmetteur et de récepteur impliqué, cela peut entraîner des potentiels postsynaptiques excitateurs (PPSE), qui augmentent la probabilité que le neurone déclenche un potentiel d'action, ou des potentiels postsynaptiques inhibiteurs (PPSI), qui diminuent cette probabilité. Au fil du temps, la plasticité synaptique permet à ces synapses de se renforcer ou de s'affaiblir en réponse à l'activité, jouant un rôle crucial dans l'apprentissage, la formation de la mémoire et l'adaptabilité du système nerveux.

Les neurotransmetteurs et leurs rôles

Les neurotransmetteurs sont des messagers chimiques qui transmettent les signaux d'un neurone à l'autre via les synapses. Ils jouent un rôle crucial dans la régulation d'un large éventail de fonctions et de comportements corporels, de l'humeur et du sommeil au rythme cardiaque et à la digestion.

Les neurotransmetteurs peuvent être classés en deux grandes catégories selon leurs effets sur le neurone postsynaptique :

Les neurotransmetteurs excitateurs, comme le glutamate, augmentent la probabilité que le neurone déclenche un potentiel d'action. Le glutamate est le neurotransmetteur excitateur le plus abondant dans l'encéphale et intervient dans des fonctions cognitives comme l'apprentissage et la mémoire.
Les neurotransmetteurs inhibiteurs, comme l'acide gamma-aminobutyrique (GABA), diminuent la probabilité d'un potentiel d'action. Le GABA joue un rôle clé dans la réduction de l'excitabilité neuronale et la prévention de la surstimulation, ce qui est crucial pour maintenir l'équilibre de l'activité cérébrale.

Troubles neurologiques

Les troubles neurologiques englobent un large éventail d'affections du système nerveux, notamment de l'encéphale, de la moelle spinale et des nerfs périphériques. Ces troubles peuvent résulter de facteurs génétiques, d'infections, de blessures, de processus dégénératifs ou d'influences environnementales. Comprendre les fondements neurophysiologiques de ces affections est essentiel pour développer des traitements et des thérapies efficaces.

Maladie d'Alzheimer : Maladie neurodégénérative progressive caractérisée par la perte de neurones et de synapses, notamment dans l'hippocampe et le cortex cérébral. Elle entraîne des pertes de mémoire, un déclin cognitif et des modifications de la personnalité. L'accumulation de plaques amyloïdes et d'enchevêtrements de protéines tau dans l'encéphale est une caractéristique de la maladie d'Alzheimer. Les traitements actuels se concentrent sur la gestion des symptômes et le ralentissement de la progression de la maladie, mais la recherche sur les thérapies modificatrices de la maladie se poursuit.
Épilepsie : Trouble caractérisé par des crises récurrentes et non provoquées, causées par une activité électrique anormale dans l'encéphale. L’épilepsie peut résulter de facteurs génétiques, de lésions cérébrales ou de troubles du développement. Le traitement repose souvent sur des anticonvulsivants qui stabilisent l’activité neuronale et préviennent les crises.
Sclérose en plaques (SEP) : Maladie auto-immune où le système immunitaire attaque la gaine de myéline, la gaine protectrice des fibres nerveuses. Cela entraîne une perturbation de la communication entre l'encéphale et le reste du corps, provoquant des symptômes tels qu’une faiblesse musculaire, des problèmes de coordination et de la fatigue. Le traitement vise à gérer les symptômes, à ralentir la progression de la maladie et à modifier la réponse immunitaire.
Accident vasculaire cérébral : Un accident vasculaire cérébral (AVC) survient lorsque l’apport sanguin à une partie de l'encéphale est interrompu ou réduit, privant le tissu cérébral d’oxygène et de nutriments. Cela peut entraîner la mort cellulaire et la perte de fonction dans la zone touchée. Les conséquences d’un AVC dépendent de sa gravité et de sa localisation, allant de troubles mineurs de la parole ou des mouvements à une paralysie complète ou au décès. La rééducation et les médicaments sont des éléments clés de la récupération et de la prévention de l’AVC.
Maladie de Parkinson : Maladie neurodégénérative caractérisée par la perte progressive de neurones dopaminergiques dans les noyaux gris centraux, entraînant des symptômes moteurs tels que tremblements, rigidité, bradykinésie (ralentissement des mouvements) et instabilité posturale. Le traitement comprend généralement des médicaments qui augmentent les niveaux de dopamine ou imitent son action, ainsi que de la kinésithérapie pour gérer les symptômes.
Migraine : Affection neurologique provoquant des maux de tête sévères et récurrents, souvent accompagnés d'autres symptômes tels que nausées, vomissements et sensibilité à la lumière et au bruit. On pense que les migraines impliquent une activité cérébrale anormale affectant les signaux nerveux, les substances chimiques et les vaisseaux sanguins de l'encéphale. Le traitement comprend des médicaments pour soulager les symptômes et prévenir les crises futures.

Sources

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Références :

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Pocock, G., Richards, C. D., & Richards, D. A. (2019). Physiologie humaine et physiopathologie: Les Fondements de la médecine (5th ed.). France : Elsevier Masson.
Sherwood, L. (2015). Physiologie humaine. Bruxelles : De Boeck.
Barrett, K. E., Barman, S. M., Yuan, J., & Brooks, H. L. (2019). Ganong’s review of medical physiology (26th ed.). McGraw-Hill Education/Medical.
Hall, J. E., & Guyton, A. C. (2011). Guyton and Hall Textbook of Medical Physiology. Saunders.
Berthoz, A. (1997). Le sens du mouvement. France : Éditions Odile Jacob.

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Kim Bengochea, Université Regis, Denver

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