Neurophysiologie : synapses
Transmission synaptique
Plasticité synaptique

La plasticité synaptique serait un des mécanismes neuronaux de la mémoire et de l'apprentissage.

Vue d'ensemble de la plasticité synaptique

1. La plasticité synaptique correspond à différents types de mécanismes moléculaires et cellulaires associés à des modifications de la physiologie neuronale et/ou du comportement de l'organisme.

• En effet, la connexion entre deux neurones n'est pas figée, comme on le pensait au début des recherches dans ce domaine, mais dépend des activités antérieures des neurones, de l'utilisation qui a pu être faite de cette connexion ( théorie de Changeux).
• La plasticité synaptique est considérée comme un type de plasticité des réseaux neuronaux et du cerveau en général, la plasticité neuronale (ou cérébrale).

Néanmoins, cette forme de plasticité, à l'échelle de la synapse, permet d'expliquer différentes formes d'apprentissage et de mémorisation observées chez tous les organismes possédant un système nerveux, y compris les espèces les plus anciennes.

2. La transmission synaptique, comme tout mécanisme physiologique, doit être soumise à un rétrocontrôle (feed-back), qui peut être positif (up) ou négatif (down), pour maintenir les paramètres dans des limites physiologiques ( homéostasie).

3. Ce contrôle s'exerce à plusieurs niveaux :

• au niveau de la terminaison synaptique,
• au niveau du neurone,
• au niveau du circuit dans lequel le neurone est impliqué ( circuits neuronaux).

Cinétique de la plasticité synaptique

La cinétique de cette plasticité varie entre quelques millisecondes à plusieurs semaines.

• Les processus les plus rapides s'exercent au niveau de l'ouverture des canaux ioniques.
• Les plus lents demandent l'intervention de régulation génique, i.e. au niveau du noyau, pour synthétiser des protéines.

1. La facilitation ou potentialisation à court terme et la dépression à court terme correspondent à des modifications d'efficacité de la transmission synaptique qui influencent la fréquence des potentiels d'action (PA) émis par les neurones postsynaptiques, à savoir les processus :

• de fabrication, de libération et de recyclage des neurotransmetteurs,
• des modifications post-traductionnelles de protéines existantes.

2. La potentialisation à long terme (PLT) et la dépression à long terme (PLT) impliquent des modifications :

• de l’activité et du nombre de récepteurs aux neurotransmetteurs,
• de la transcription, de la traduction et des modifications structurales du nombre de synapses entre les neurones.

Remarque : les plasticités comportementales correspondent à :

• l'habituation,
• la sensibilisation,
• les conditionnements.

Formes de régulation synaptique

Régulation présynaptique

1. La régulation présynaptique peut s'effectuer grâce aux récepteurs :

• par les récepteurs présynaptiques,
• par l'inhibition présynaptique, synapse axo-axonale, i.e. l'axone inhibiteur forme une synapse non pas avec le neurone, mais avec l'extrémité de l'axone excitateur.

2. La régulation présynaptique, indépendante des récepteurs, fait intervenir :

• la potentialisation et la dépression synaptiques,
• la facilitation neuronale et l'occlusion ( sommations algébriques des potentiels postsynaptiques),
• l'efficacité de boutons synaptiques somatiques et dendritiques ( résistance d'entrée du neurone).

3. La neuromodulation peut aussi être considérée comme une régulation présynaptique.

Régulation postsynaptique

La régulation postsynaptique s'exerce exclusivement sur les récepteurs.

1. La régulation quantitative, i.e. la densité des récepteurs postsynaptiques, est régulée :

• négativement, i.e. down-regulation,
• positivement, i.e. up-régulation.

2. La régulation qualitative est liée aux changements de sensibilité des récepteurs :

• à un changement d'affinité du récepteur, i.e. désensibilisation et hypersensibilisation,
• à un changement d'activité du récepteur, i.e. de couplage.

Régulations homéostasiques

Dans la régulation synaptique, il ne faut pas oublier le rôle d'autres structures.

1. Le compartiment extracellulaire va influencer le comportement neuronal.

• D'une part, sa composition, par exemple en ions K⁺, peut modifier l'excitabilité neuronale.
• D'autre part, son volume intervient également : par exemple, les cellules CA1 de l'hippocampe sont baignées par un faible volume de liquide extracellulaire, i.e. les variations de concentration ionique sont plus rapides.
• Enfin, l'activité électrique des groupes de neurones produisent des champs électriques faibles qui se propagent selon la conductibilité des milieux et peuvent faciliter ou inhiber les effets synaptiques.

2. Les synapses électriques, par leurs jonctions ouvertes ou communicantes entre les membranes plasmiques de deux neurones adjacents, permettent une synchronisation de l'activité de neurones en interaction fonctionnelle.

3. Le rôle des cellules gliales, et en particulier des astrocytes, est primordial ( synapse tripartite).

En effet, les astrocytes sont pourvus :

• de nombreux canaux ioniques voltage-dépendants et mécano-dépendants, sensibles à l'étirement,
• de pompes (à sodium et à calcium) et de transporteurs,
• de récepteurs membranaires à de très nombreux ligands comme les neurotransmetteurs, les cytokines, les prostaglandines…),
• de jonctions communicantes avec les cellules voisines (neurones et autres cellules gliales).

Autres régulations

1. D'une part, la synthèse, la libération des neurotransmetteurs et la densité des récepteurs peuvent fluctuer selon des rythmes, qu'ils soient circadiens ou saisonniers.

• Les changements biologiques circadiens dans le SNC modifient les effets des médicaments centraux. Ce phénomène devient très important pour les anesthésiques et les hypnotiques. Par exemple, les doses d'antihistaminiques induisant une somnolence donnée peuvent varier du simple au double selon l'heure de l'administration et selon l'individu.

C'est le cas de la mélatonine et des monoamines.

• Les capacités mnésiques évoluent le long de la journée avec une acquisition à court terme meilleure le matin, à long terme, meilleure l'après-midi.

2. Des différences génétiques expliquent les variabilités individuelles des traitements psychotropes.