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15.4A : Fonctions du système nerveux - Biologie


La fonction principale du système nerveux est de coordonner et de contrôler les différentes fonctions du corps.

Objectifs d'apprentissage

  • Décrire les fonctions du système nerveux

Points clés

  • Le système nerveux est un système hautement intégré. Le système nerveux a trois fonctions superposées basées sur l'entrée sensorielle, l'intégration et la sortie motrice.
  • À un niveau plus intégratif, la fonction principale du système nerveux est de contrôler et de communiquer des informations dans tout le corps.

Mots clés

  • hormone: Molécule libérée par une cellule ou une glande dans une partie du corps qui envoie des messages affectant les cellules dans d'autres parties de l'organisme.
  • système nerveux: Le système organique qui coordonne les activités des muscles, surveille les organes, construit et traite les données reçues des sens et initie des actions.

Le système nerveux a trois fonctions superposées basées sur l'entrée sensorielle, l'intégration et la sortie motrice. Le système nerveux est un système hautement intégré.

Entrée sensorielle

Les entrées sensorielles proviennent des nombreux récepteurs sensoriels qui surveillent les changements se produisant à la fois à l'intérieur et à l'extérieur du corps. La somme totale des informations recueillies par ces récepteurs est appelée entrée sensorielle. Le système nerveux traite et interprète les entrées sensorielles et décide des actions à entreprendre. Le système nerveux active les organes effecteurs tels que les muscles et les glandes pour provoquer une réponse appelée sortie motrice.

L'intégration

À un niveau plus intégratif, la fonction principale du système nerveux est de contrôler et de communiquer des informations dans tout le corps. Il le fait en extrayant des informations de l'environnement à l'aide de récepteurs sensoriels. Cette entrée sensorielle est envoyée au système nerveux central, qui détermine une réponse appropriée.

Réponse motrice

Une fois la réponse activée, le système nerveux envoie des signaux via une sortie motrice aux muscles ou aux glandes pour initier la réponse.

Chez les humains, la sophistication du système nerveux permet le langage, la représentation abstraite des concepts, la transmission de la culture et de nombreuses autres caractéristiques de la société qui n'existeraient pas autrement.


Fonction du système nerveux

Les bases fonction du système nerveux comprend - la réception d'informations sensorielles (entrée), le traitement de l'entrée et la production de réponses motrices. Le système nerveux est formé de deux parties qui sont intégralement liées l'une à l'autre. Le cerveau et le système nerveux ont de multiples fonctions qui sont extrêmement importantes pour le fonctionnement normal du corps. Les informations sensorielles provenant de la stimulation des récepteurs par des modifications de l'environnement externe et interne sont transmises au SNC par les fibres nerveuses afférentes. Dans le SNC, ces informations sont traitées par des voies neuronales (synaptiques) complexes.


En conséquence de ce qui précède, les commandes sont déchargées par les fibres nerveuses efférentes vers les organes effecteurs (c'est-à-dire les muscles et les glandes) pour la production de réponses motrices ou le changement d'activité des organes effecteurs. Le traitement central provoque également la stimulation des sentiments (sensations) et le stockage d'informations sous forme de mémoire. La mémoire stockée en tant que fonction du système nerveux à son tour aide à la dispense d'entrées futures pour d'autres fonctions mentales comme l'émotion, le pouvoir de penser et de jugement, l'intelligence, la personnalité, etc.
D'après notre discussion ci-dessus, il est évident que les fonctions suivantes du système nerveux s'exécutent :

La sensation consciente comme fonction du système nerveux

Le système nerveux est responsable de la stimulation des sensations conscientes par lesquelles nous pouvons ressentir les changements qui se produisent dans le corps ou autour de nous. Une sensation consciente telle que la vue, l'ouïe, l'odorat, le goût et la sensation du toucher, la température, la pression, la douleur, etc. sont éveillées lorsque les influx nerveux afférents atteignent le centre le plus élevé du système nerveux central ou du cortex cérébral du cerveau.

Fonctions mentales comme fonction du système nerveux

Le système nerveux est responsable des fonctions mentales supérieures comme la mémoire, l'intelligence, le pouvoir de penser, le jugement, les émotions, la personnalité, etc. Ces fonctions sont spécialement développées chez les animaux supérieurs ainsi que chez les humains ayant un cerveau très développé.

Le contrôle des mouvements volontaires est la fonction du système nerveux

Lorsqu'un muscle squelettique est déplacé sous forme de contraction ou de relaxation selon notre désir ou notre volonté, cela s'appelle un mouvement volontaire. De tels mouvements sont régis par la sensation consciente et initiés par le cortex cérébral, et ils aident à la locomotion, la parole, etc. est une autre fonction du système nerveux.

Le contrôle des actions réflexes est une fonction du système nerveux

Lorsqu'une entrée sensorielle provoque une réponse motrice sans ou avant la stimulation d'une sensation consciente, on parle d'action réflexe. Le système nerveux régule l'activité des trois types de muscles, à savoir les muscles squelettiques, lisses et cardiaques et les glandes à travers divers réflexes. Le contrôle réflexe des muscles squelettiques aide à maintenir la posture du corps, la respiration, etc., tandis que les réponses réflexes des autres muscles et glandes maintiennent la coordination entre les activités des différents systèmes afin que le corps entier puisse fonctionner comme une unité intégrée.


C'est souvent un défi d'ajouter une activité d'anatomie et de physiologie humaines à la salle de classe qui est facile à mettre en œuvre et qui est également peu coûteuse. J'ai utilisé cette expérience avec des étudiants pour tester la sensibilité de nerfs situés dans différentes parties du corps.

Temps requis : aussi peu que 20 minutes si le concept a déjà été introduit et le tableau de données est fourni.

Aménagement de la salle de classe : Fournissez un trombone par élève et au moins une règle par table. (Les élèves peuvent partager des règles.) Les élèves doivent enregistrer leurs propres données.

  • Il s'agit d'une expérience facile à réaliser pour les élèves individuellement, mais la plupart des élèves préfèrent l'aide d'un partenaire. Si c'est fait avec des partenaires, avertissez les élèves de pousser doucement. La première fois que j'ai fait cette expérience, un de mes élèves s'est retrouvé avec un nez en sang à cause d'un trombone mal placé (et j'enseigne à des lycéens). Depuis, j'ai prévenu les étudiants. Ils se moquent et roulent des yeux, mais il n'y a plus de blessures.
  • Certains élèves peuvent insister sur le fait qu'ils ressentent deux points même lorsqu'un seul point est utilisé. Pour ces élèves, travailler avec un partenaire peut mieux fonctionner afin qu'ils puissent se concentrer sur ce qu'ils ressentent plutôt que sur ce qu'ils font. Le partage des données en classe aidera également ces élèves à faire le lien entre ce qu'ils ressentent et ce que tout le monde a vécu.
  • Les étudiants plus avancés devraient être capables de produire eux-mêmes le tableau de données sans l'imprimé pdf ni les instructions.
  • Demandez aux élèves de rédiger une hypothèse formelle expliquant leur raisonnement et leur conclusion expliquant leurs données et pourquoi elles appuient ou non leur hypothèse initiale.
  • Cette expérience pourrait conduire à des questions de suivi ou à des expériences donnant aux étudiants la possibilité de concevoir et de mettre en œuvre leur propre expérience. Les exemples incluent le test du doigt le plus sensible, les comparaisons avec d'autres parties du corps, y compris les pieds ou les orteils, ou les réactions au chaud et au froid.

Contacts

Introduction

Le système nerveux fonctionne grâce à des réseaux neuronaux qui interconnectent de grandes variétés de cellules nerveuses d'une manière hautement organisée et contrôlée. Ces réseaux sont assemblés au cours du développement et sont en constante adaptation pendant toute la durée de vie. Les molécules d'adhésion cellulaire permettent aux cellules nerveuses, aux neurones et aux cellules gliales d'interagir. Leur rôle clé est évident dans les processus neurodéveloppementaux tels que la migration, le guidage axonal, la fasciculation axonale et la synaptogenèse et dans les processus plastiques du cerveau mature tels que les réarrangements synaptiques, la dynamique dendritique et la régénération. Le répertoire des molécules d'adhésion des cellules neurales est dominé par plusieurs grandes familles de protéines, dont l'une est la superfamille des immunoglobulines (Ig) des molécules d'adhésion des cellules, les IgCAM. Ces protéines sont des protéines transmembranaires de type I, partagent une architecture construite sur des domaines Ig et sont subdivisées par la présence de domaines protéiques conservés supplémentaires. Les membres les plus connus des IgCAM neurales sont les familles NCAM et L1-CAM.

Une famille particulière d'IgCAM neurales est constituée d'un groupe de six membres d'IgCAM qui sont liés à la surface cellulaire par un ancrage glycophosphatidylinositol (GPI), les contactines (Shimoda et Watanabe, 2009 Fig. 1). Les prototypes des contactines sont la contactine-1 (Cntn1, alias F3/contactine) et la contactine-2 (Cntn2, alias TAG-1). Ces deux protéines ainsi que leurs fonctions biologiques dans les interactions neurone-glie et la formation des nœuds de Ranvier ont été scrutées dans des études pivots depuis plus de deux décennies (Salzer et al., 2008). Ces études ont révélé des principes de structure et de fonction qui ont orienté la recherche sur les autres membres de cette famille. Cependant, la contactine-3 (Cntn3 alias BIG-1), la contactine-4 (Cntn4, alias BIG-2), la contactine-5 (Cntn5, alias NB-2) et la contactine-6 ​​(Cntn6, alias NB-3) ont est resté sous-exposé malgré les multiples études approfondies des groupes de Watanabe et Yoshihara. Récemment, la génétique des troubles neurodéveloppementaux neuropsychiatriques a rencontré plusieurs de ces membres et a soulevé la question de leur participation à la pathogenèse de troubles tels que l'autisme. Pour comprendre leur rôle dans les troubles du développement du cerveau, il sera essentiel de déterminer les voies biologiques et moléculaires auxquelles participent ces contactines. Dans ce chapitre, nous donnons un aperçu des propriétés biologiques et structurelles nécessaires pour répondre à ces questions.

Fig. 1 . Structure primaire de contactin membres de la famille. (A) Analyse phylogénétique des protéines CNTN humaines. Les séquences d'acides aminés ont été alignées à l'aide de CLUSTALW tel qu'implémenté dans MEGA5, et l'arbre a été généré à l'aide de MEGA5 ( Tamura et al., 2007 ). (B) Caricature représentant l'architecture des domaines des membres de la famille CNTN ainsi que l'identité des acides aminés entre les domaines individuels des CNTN2, -3, -4, -5 et -6 humains avec CNTN1. (C) Identique à (B) mais montrant l'identité des acides aminés des domaines individuels de CNTN3, -5 et -6 avec CNTN4.


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Système nerveux

Pendant que vous lisez ceci, votre système nerveux remplit plusieurs fonctions simultanément. Le système visuel traite ce qui est vu sur la page le système moteur contrôle vos mouvements oculaires et le tour des pages (ou clic de souris) le cortex préfrontal maintient l'attention. Même les fonctions fondamentales, comme la respiration et la régulation de la température corporelle, sont contrôlées par le système nerveux. Le système nerveux est l'un des deux systèmes qui exercent un contrôle sur tous les systèmes organiques du corps, l'autre est le système endocrinien. Le contrôle du système nerveux est beaucoup plus spécifique et rapide que le système hormonal. Il communique des signaux à travers les cellules et les minuscules espaces entre elles plutôt que par le système circulatoire comme dans le système endocrinien. Il utilise une combinaison de signaux chimiques et électrochimiques, plutôt que des signaux purement chimiques utilisés par le système endocrinien pour parcourir rapidement de longues distances. Le système nerveux acquiert des informations des organes sensoriels, les traite et peut ensuite initier une réponse soit par la fonction motrice, conduisant au mouvement, soit par un changement dans l'état physiologique de l'organisme.

Les systèmes nerveux dans tout le règne animal varient en structure et en complexité. Certains organismes, comme les éponges de mer, n'ont pas de véritable système nerveux. D'autres, comme les méduses, n'ont pas de véritable cerveau et ont à la place un système de cellules nerveuses séparées mais connectées (neurones) appelé « réseau nerveux ». Les vers plats ont à la fois un système nerveux central (SNC), composé d'un ganglion (groupes de neurones connectés) et de deux cordons nerveux, et d'un système nerveux périphérique (SNP) contenant un système de nerfs qui s'étend dans tout le corps. Le système nerveux des insectes est plus complexe mais aussi assez décentralisé. Il contient un cerveau, un cordon nerveux ventral et des ganglions. Ces ganglions peuvent contrôler les mouvements et les comportements sans intervention du cerveau.

Comparé aux invertébrés, le système nerveux des vertébrés est plus complexe, centralisé et spécialisé. Bien qu'il existe une grande diversité parmi les différents systèmes nerveux des vertébrés, ils partagent tous une structure de base : un SNC qui contient un cerveau et une moelle épinière et un SNP composé de nerfs périphériques sensoriels et moteurs. Une différence intéressante entre les systèmes nerveux des invertébrés et des vertébrés est que les cordons nerveux de nombreux invertébrés sont situés ventralement (vers l'estomac) tandis que les moelles épinières des vertébrés sont situées dorsalement (vers le dos). Il y a un débat parmi les biologistes évolutionnistes quant à savoir si ces différents plans du système nerveux ont évolué séparément ou si l'arrangement du plan du corps des invertébrés a d'une manière ou d'une autre « basculé » au cours de l'évolution des vertébrés.

Le système nerveux est composé de neurones, des cellules spécialisées capables de recevoir et de transmettre des signaux chimiques ou électriques, et glie, cellules qui assurent des fonctions de soutien aux neurones. Il existe une grande diversité dans les types de neurones et de cellules gliales présents dans différentes parties du système nerveux.

Neurones et cellules gliales

Le système nerveux de la mouche de laboratoire commune, Drosophila melanogaster, contient environ 100 000 neurones, le même nombre qu'un homard. Ce nombre se compare à 75 millions chez la souris et 300 millions chez la pieuvre. Un cerveau humain contient environ 86 milliards de neurones. Malgré ces nombres très différents, les systèmes nerveux de ces animaux contrôlent bon nombre des mêmes comportements, des réflexes de base aux comportements plus compliqués comme trouver de la nourriture et faire la cour à des partenaires. La capacité des neurones à communiquer entre eux ainsi qu'avec d'autres types de cellules est à la base de tous ces comportements.

La plupart des neurones partagent les mêmes composants cellulaires. Mais les neurones sont également hautement spécialisés : différents types de neurones ont des tailles et des formes différentes qui se rapportent à leurs rôles fonctionnels.

Comme les autres cellules, chaque neurone possède un corps cellulaire (ou soma) qui contient un noyau, un réticulum endoplasmique lisse et rugueux, un appareil de Golgi, des mitochondries et d'autres composants cellulaires. Les neurones contiennent également des structures uniques pour recevoir et envoyer les signaux électriques qui rendent possible la communication entre les neurones ([link]). dendrites sont des structures arborescentes qui s'étendent loin du corps cellulaire pour recevoir des messages d'autres neurones à des jonctions spécialisées appelées synapses. Bien que certains neurones n'aient pas de dendrites, la plupart ont une ou plusieurs dendrites.

La membrane lipidique bicouche qui entoure un neurone est imperméable aux ions. Pour entrer ou sortir du neurone, les ions doivent traverser des canaux ioniques qui traversent la membrane. Certains canaux ioniques doivent être activés pour s'ouvrir et permettre aux ions d'entrer ou de sortir de la cellule. Ces canaux ioniques sont sensibles à l'environnement et peuvent changer de forme en conséquence. Les canaux ioniques qui changent de structure en réponse aux changements de tension sont appelés canaux ioniques voltage-dépendants. La différence de charge totale entre l'intérieur et l'extérieur de la cellule est appelée potentiel de membrane.

Un neurone au repos est chargé négativement : l'intérieur d'une cellule est environ 70 millivolts plus négatif que l'extérieur (-70 mV). Cette tension est appelée potentiel membranaire au repos. Elle est causée par les différences de concentrations d'ions à l'intérieur et à l'extérieur de la cellule et par la perméabilité sélective créée par les canaux ioniques. Les pompes sodium-potassium dans la membrane produisent les différentes concentrations d'ions à l'intérieur et à l'extérieur de la cellule en amenant deux ions K + et en éliminant trois ions Na +. Les actions de cette pompe sont coûteuses : une molécule d'ATP est consommée à chaque tour. Jusqu'à 50 pour cent de l'ATP d'un neurone est utilisé pour maintenir son potentiel de repos membranaire. Les ions potassium (K + ), qui sont plus élevés à l'intérieur de la cellule, sortent assez librement du neurone par les canaux potassiques. Cette perte de charge positive produit une charge négative nette à l'intérieur de la cellule. Les ions sodium (Na + ), qui sont bas à l'intérieur, ont une force motrice pour entrer mais se déplacent moins librement. Leurs canaux dépendent de la tension et s'ouvriront lorsqu'un léger changement du potentiel membranaire les déclenchera.

Un neurone peut recevoir une entrée d'autres neurones et, si cette entrée est suffisamment puissante, envoyer le signal aux neurones en aval. La transmission d'un signal entre neurones est généralement assurée par un produit chimique, appelé neurotransmetteur, qui diffuse de l'axone d'un neurone à la dendrite d'un deuxième neurone. Lorsque les molécules de neurotransmetteur se lient à des récepteurs situés sur les dendrites d'un neurone, le neurotransmetteur ouvre des canaux ioniques dans la membrane plasmique de la dendrite. Cette ouverture permet aux ions sodium de pénétrer dans le neurone et entraîne dépolarisation de la membrane - une diminution de la tension à travers la membrane du neurone. Une fois qu'un signal est reçu par la dendrite, il se déplace ensuite passivement vers le corps cellulaire. Un signal suffisamment important des neurotransmetteurs atteindra l'axone. S'il est suffisamment fort (c'est-à-dire si le seuil d'excitation, une dépolarisation à environ -60 mV est atteinte), puis la dépolarisation crée une boucle de rétroaction positive : à mesure que davantage d'ions Na + pénètrent dans la cellule, l'axone se dépolarise davantage, ouvrant encore plus de canaux sodiques à des distances plus éloignées du corps cellulaire. Cela entraînera l'ouverture des canaux Na + dépendants de la tension plus bas dans l'axone et l'entrée de plus d'ions positifs dans la cellule. Dans l'axone, ce « signal » deviendra une brève inversion auto-propageante du potentiel membranaire au repos appelé un potentiel d'action.

Un potentiel d'action est un événement tout ou rien, qu'il se produise ou non. Le seuil d'excitation doit être atteint pour que le neurone « déclenche » un potentiel d'action. Lorsque les ions sodium se précipitent dans la cellule, la dépolarisation inverse en fait la charge à travers la membrane de -70 mv à + 30 mV. Cette modification du potentiel membranaire provoque l'ouverture des canaux K + voltage-dépendants, et K + commence à quitter la cellule, la repolarisant. En même temps, les canaux Na+ se désactivent donc plus aucun Na+ n'entre dans la cellule. Les ions K + continuent à quitter la cellule et le potentiel membranaire revient au potentiel de repos. Au potentiel de repos, les canaux K+ se ferment et les canaux Na+ se réinitialisent. La dépolarisation de la membrane se déroule par onde le long de l'axone. Il se déplace dans une seule direction car les canaux sodiques ont été inactivés et indisponibles jusqu'à ce que le potentiel membranaire soit à nouveau proche du potentiel de repos. À ce stade, ils sont réinitialisés et peuvent être à nouveau ouverts.

Un axone est une structure en forme de tube qui propage le signal du corps cellulaire vers des terminaisons spécialisées appelées terminaisons axonales. Ces terminaux se synapsent à leur tour avec d'autres neurones, muscles ou organes cibles. Lorsque le potentiel d'action atteint la terminaison axonale, cela provoque la libération d'un neurotransmetteur sur la dendrite d'un autre neurone. Les neurotransmetteurs libérés au niveau des terminaisons axonales permettent aux signaux d'être communiqués à ces autres cellules, et le processus recommence. Les neurones ont généralement un ou deux axones, mais certains neurones ne contiennent aucun axone.

Certains axones sont recouverts d'une structure spéciale appelée gaine de myéline, qui agit comme un isolant pour empêcher le signal électrique de se dissiper lorsqu'il descend dans l'axone. Cette isolation est importante, car l'axone d'un motoneurone humain peut mesurer jusqu'à un mètre (3,2 pi) – de la base de la colonne vertébrale aux orteils. La gaine de myéline est produite par les cellules gliales. Le long de l'axone, il y a des lacunes périodiques dans la gaine de myéline. Ces lacunes sont appelées nœuds de Ranvier et sont des sites où le signal est «rechargé» lorsqu'il se déplace le long de l'axone.

Il est important de noter qu'un seul neurone n'agit pas seul : la communication neuronale dépend des connexions que les neurones établissent entre eux (ainsi qu'avec d'autres cellules, comme les cellules musculaires). Les dendrites d'un seul neurone peuvent recevoir un contact synaptique de nombreux autres neurones. Par exemple, on pense que les dendrites d'une cellule de Purkinje dans le cervelet reçoivent le contact de 200 000 autres neurones.

Neurogenèse À une certaine époque, les scientifiques pensaient que les gens naissaient avec tous les neurones qu'ils auraient jamais. Les recherches effectuées au cours des dernières décennies indiquent que la neurogenèse, la naissance de nouveaux neurones, se poursuit jusqu'à l'âge adulte. La neurogenèse a été découverte pour la première fois chez des oiseaux chanteurs qui produisent de nouveaux neurones tout en apprenant des chansons. Pour les mammifères, les nouveaux neurones jouent également un rôle important dans l'apprentissage : environ 1 000 nouveaux neurones se développent chaque jour dans l'hippocampe (une structure cérébrale impliquée dans l'apprentissage et la mémoire). Alors que la plupart des nouveaux neurones mourront, les chercheurs ont découvert qu'une augmentation du nombre de nouveaux neurones survivants dans l'hippocampe était en corrélation avec la façon dont les rats ont appris une nouvelle tâche. Fait intéressant, l'exercice et certains médicaments antidépresseurs favorisent également la neurogenèse dans l'hippocampe. Le stress a l'effet inverse. Alors que la neurogenèse est assez limitée par rapport à la régénération dans d'autres tissus, la recherche dans ce domaine peut conduire à de nouveaux traitements pour des troubles tels que la maladie d'Alzheimer, les accidents vasculaires cérébraux et l'épilepsie.

Comment les scientifiques identifient-ils de nouveaux neurones ? Un chercheur peut injecter un composé appelé bromodésoxyuridine (BrdU) dans le cerveau d'un animal. Alors que toutes les cellules seront exposées à BrdU, BrdU ne sera incorporée dans l'ADN des cellules nouvellement générées qui sont en phase S. Une technique appelée immunohistochimie peut être utilisée pour attacher un marqueur fluorescent au BrdU incorporé, et un chercheur peut utiliser la microscopie fluorescente pour visualiser la présence de BrdU, et donc de nouveaux neurones, dans le tissu cérébral ([link]).

Visitez ce lien laboratoire interactif pour voir plus d'informations sur la neurogenèse, y compris une simulation de laboratoire interactive et une vidéo qui explique comment BrdU étiquette de nouvelles cellules.

Alors que les cellules gliales sont souvent considérées comme le support du système nerveux, le nombre de cellules gliales dans le cerveau dépasse en fait le nombre de neurones d'un facteur 10. Les neurones seraient incapables de fonctionner sans les rôles vitaux qui sont remplis par ces cellules gliales. La glie guide le développement des neurones vers leurs destinations, tamponne les ions et les produits chimiques qui endommageraient autrement les neurones et fournit des gaines de myéline autour des axones. Lorsque la glie ne fonctionne pas correctement, le résultat peut être désastreux : la plupart des tumeurs cérébrales sont causées par des mutations de la glie.

Comment les neurones communiquent

Toutes les fonctions exécutées par le système nerveux, d'un simple réflexe moteur à des fonctions plus avancées comme faire un souvenir ou une décision, nécessitent que les neurones communiquent entre eux. Les neurones communiquent entre l'axone d'un neurone et les dendrites, et parfois le corps cellulaire, d'un autre neurone à travers l'espace entre eux, connu sous le nom de fente synaptique. Lorsqu'un potentiel d'action atteint l'extrémité d'un axone, il stimule la libération de molécules de neurotransmetteur dans la fente synaptique entre le bouton synaptique de l'axone et la membrane post-synaptique de la dendrite ou du soma de la cellule suivante. Le neurotransmetteur est libéré par exocytose de vésicules contenant les molécules de neurotransmetteur. Le neurotransmetteur diffuse à travers la fente synaptique et se lie aux récepteurs de la membrane post-synaptique. Ces molécules réceptrices sont des canaux ioniques régulés chimiquement et s'ouvriront, permettant au sodium d'entrer dans la cellule. Si suffisamment de neurotransmetteurs ont été libérés, un potentiel d'action peut être initié dans la cellule suivante, mais cela n'est pas garanti. Si un neurotransmetteur insuffisant est libéré, le signal nerveux mourra à ce stade. Il existe un certain nombre de neurotransmetteurs différents qui sont spécifiques aux types de neurones qui ont des fonctions spécifiques.

Le système nerveux central

Les système nerveux central (SNC) est composé du cerveau et de la moelle épinière et est recouvert de trois couches de revêtements protecteurs appelés méninges (« meninges » vient du grec et signifie « membranes ») ([link]). La couche la plus externe est la dure-mère, la couche intermédiaire est l'arachnoïde en forme de toile et la couche interne est la pie-mère, qui contacte et recouvre directement le cerveau et la moelle épinière. L'espace entre l'arachnoïde et la pie-mère est rempli de liquide céphalo-rachidien (LCR). Le cerveau flotte dans le LCR, qui agit comme un coussin et un amortisseur.

Le cerveau

Le cerveau est la partie du système nerveux central contenue dans la cavité crânienne du crâne. Il comprend le cortex cérébral, le système limbique, les noyaux gris centraux, le thalamus, l'hypothalamus, le cervelet, le tronc cérébral et les rétines. La partie la plus externe du cerveau est un épais morceau de tissu du système nerveux appelé le cortex cérébral. Le cortex cérébral, le système limbique et les noyaux gris centraux constituent les deux hémisphères cérébraux. Un faisceau de fibres épais appelé le corps calleux (corpus = "corps" callosum = "dur") relie les deux hémisphères. Bien que certaines fonctions cérébrales soient localisées plus dans un hémisphère que dans l'autre, les fonctions des deux hémisphères sont largement redondantes. En fait, parfois (très rarement) un hémisphère entier est retiré pour traiter l'épilepsie sévère. Bien que les patients souffrent de certains déficits après la chirurgie, ils peuvent avoir étonnamment peu de problèmes, en particulier lorsque la chirurgie est effectuée sur des enfants dont le système nerveux est très immature.

Dans d'autres chirurgies pour traiter l'épilepsie sévère, le corps calleux est coupé au lieu d'enlever un hémisphère entier. Cela provoque une condition appelée split-brain, qui donne un aperçu des fonctions uniques des deux hémisphères. Par exemple, lorsqu'un objet est présenté au champ visuel gauche des patients, ils peuvent être incapables de nommer verbalement l'objet (et peuvent prétendre ne pas avoir vu d'objet du tout). C'est parce que l'entrée visuelle du champ visuel gauche traverse et pénètre dans l'hémisphère droit et ne peut pas ensuite signaler au centre de la parole, qui se trouve généralement dans le côté gauche du cerveau. Remarquablement, si un patient au cerveau divisé est invité à ramasser un objet spécifique dans un groupe d'objets avec la main gauche, le patient pourra le faire mais sera toujours incapable de l'identifier verbalement.

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Chaque hémisphère contient des régions appelées lobes qui sont impliquées dans différentes fonctions. Chaque hémisphère du cortex cérébral des mammifères peut être décomposé en quatre lobes définis fonctionnellement et spatialement : frontal, pariétal, temporal et occipital ([link]).

Les lobe frontal est situé à l'avant du cerveau, au-dessus des yeux. Ce lobe contient le bulbe olfactif, qui traite les odeurs. Le lobe frontal contient également le cortex moteur, qui est important pour la planification et la mise en œuvre du mouvement. Les zones du cortex moteur correspondent à différents groupes musculaires. Les neurones du lobe frontal contrôlent également les fonctions cognitives telles que le maintien de l'attention, la parole et la prise de décision. Des études sur des humains qui ont endommagé leurs lobes frontaux montrent que des parties de cette zone sont impliquées dans la personnalité, la socialisation et l'évaluation des risques. Les lobe pariétal est situé au sommet du cerveau. Les neurones du lobe pariétal sont impliqués dans la parole et aussi dans la lecture. Deux des fonctions principales du lobe pariétal sont le traitement de la somatosensation - les sensations tactiles comme la pression, la douleur, la chaleur, le froid - et le traitement de la proprioception - le sens de l'orientation des parties du corps dans l'espace. Le lobe pariétal contient une carte somatosensorielle du corps similaire au cortex moteur. Les lobe occipital est situé à l'arrière du cerveau. Il est principalement impliqué dans la vision - voir, reconnaître et identifier le monde visuel. Les lobe temporal est situé à la base du cerveau et est principalement impliqué dans le traitement et l'interprétation des sons. Il contient également le hippocampe (nommé du grec pour "hippocampe", auquel il ressemble par la forme) une structure qui traite la formation de la mémoire. Le rôle de l'hippocampe dans la mémoire a été partiellement déterminé par l'étude d'un célèbre patient épileptique, HM, qui a subi l'ablation des deux côtés de son hippocampe pour tenter de guérir son épilepsie. Ses crises ont disparu, mais il ne pouvait plus se forger de nouveaux souvenirs (bien qu'il puisse se souvenir de certains faits avant son opération et qu'il puisse apprendre de nouvelles tâches motrices).

Des zones cérébrales interconnectées appelées ganglions de la base jouent un rôle important dans le contrôle des mouvements et la posture. Les noyaux gris centraux régulent également la motivation.

Les thalamus agit comme une passerelle vers et depuis le cortex. Il reçoit des entrées sensorielles et motrices du corps et reçoit également une rétroaction du cortex. Ce mécanisme de rétroaction peut moduler la prise de conscience des entrées sensorielles et motrices en fonction de l'attention et de l'état d'éveil de l'animal. Le thalamus aide à réguler les états de conscience, d'éveil et de sommeil.

Au-dessous du thalamus est le hypothalamus. L'hypothalamus contrôle le système endocrinien en envoyant des signaux à l'hypophyse. Entre autres fonctions, l'hypothalamus est le thermostat du corps - il veille à ce que la température corporelle soit maintenue à des niveaux appropriés. Les neurones de l'hypothalamus régulent également les rythmes circadiens, parfois appelés cycles de sommeil.

Les Système limbique est un ensemble connecté de structures qui régulent les émotions, ainsi que les comportements liés à la peur et à la motivation. Il joue un rôle dans la formation de la mémoire et comprend des parties du thalamus et de l'hypothalamus ainsi que l'hippocampe. Une structure importante au sein du système limbique est une structure du lobe temporal appelée le amygdale. Les deux amygdales (une de chaque côté) sont importantes à la fois pour la sensation de peur et pour reconnaître les visages craintifs.

Les cervelet (cervelet = « petit cerveau ») se trouve à la base du cerveau au-dessus du tronc cérébral. Le cervelet contrôle l'équilibre et aide à coordonner les mouvements et à apprendre de nouvelles tâches motrices. Le cervelet des oiseaux est grand par rapport aux autres vertébrés en raison de la coordination requise par le vol.

Les tronc cérébral relie le reste du cerveau à la moelle épinière et régule certaines des fonctions les plus importantes et fondamentales du système nerveux, notamment la respiration, la déglutition, la digestion, le sommeil, la marche et l'intégration des informations sensorielles et motrices.

Moelle épinière

La moelle épinière se connecte au tronc cérébral et s'étend le long du corps à travers la colonne vertébrale. La moelle épinière est un épais faisceau de tissu nerveux qui transporte des informations sur le corps au cerveau et du cerveau au corps. La moelle épinière est contenue dans les méninges et les os de la colonne vertébrale, mais est capable de communiquer des signaux vers et depuis le corps grâce à ses connexions avec les nerfs rachidiens (partie du système nerveux périphérique). Une coupe transversale de la moelle épinière ressemble à un ovale blanc contenant une forme de papillon gris ([link]). Les axones constituent la « matière blanche » et les corps des neurones et des cellules gliales (et les interneurones) forment la « matière grise ». Les axones et les corps cellulaires de la moelle épinière dorsale transmettent principalement des informations sensorielles du corps au cerveau. Les axones et les corps cellulaires de la moelle épinière transmettent principalement des signaux contrôlant les mouvements du cerveau vers le corps.

La moelle épinière contrôle également les réflexes moteurs. Ces réflexes sont des mouvements rapides et inconscients, comme retirer automatiquement une main d'un objet chaud. Les réflexes sont si rapides car ils impliquent des connexions synaptiques locales. Par exemple, le réflexe du genou qu'un médecin teste lors d'un examen physique de routine est contrôlé par une seule synapse entre un neurone sensoriel et un neurone moteur. Alors qu'un réflexe peut ne nécessiter que l'implication d'une ou deux synapses, les synapses avec les interneurones de la colonne vertébrale transmettent des informations au cerveau pour transmettre ce qui s'est passé (le genou a tressé ou la main était chaude).

Le système nerveux périphérique

Les système nerveux périphérique (SNP) est la connexion entre le système nerveux central et le reste du corps. Le PNS peut être décomposé en système nerveux autonome, qui contrôle les fonctions corporelles sans contrôle conscient, et le système nerveux sensori-somatique, qui transmet les informations sensorielles de la peau, des muscles et des organes sensoriels au SNC et envoie des commandes motrices du SNC aux muscles.

Le système nerveux autonome sert de relais entre le SNC et les organes internes. Il contrôle les poumons, le cœur, les muscles lisses et les glandes exocrines et endocrines. Le système nerveux autonome contrôle ces organes en grande partie sans contrôle conscient, il peut surveiller en permanence les conditions de ces différents systèmes et mettre en œuvre les changements nécessaires. La signalisation au tissu cible implique généralement deux synapses : un neurone préganglionnaire (originaire du SNC) se connecte à un neurone dans un ganglion qui, à son tour, se synapse sur l'organe cible ([link]). Il existe deux divisions du système nerveux autonome qui ont souvent des effets opposés : le système nerveux sympathique et le système nerveux parasympathique.

Les Système nerveux sympathique is responsible for the immediate responses an animal makes when it encounters a dangerous situation. One way to remember this is to think of the “fight-or-flight” response a person feels when encountering a snake (“snake” and “sympathetic” both begin with “s”). Examples of functions controlled by the sympathetic nervous system include an accelerated heart rate and inhibited digestion. These functions help prepare an organism’s body for the physical strain required to escape a potentially dangerous situation or to fend off a predator.

While the sympathetic nervous system is activated in stressful situations, the parasympathetic nervous system allows an animal to “rest and digest.” One way to remember this is to think that during a restful situation like a picnic, the parasympathetic nervous system is in control (“picnic” and “parasympathetic” both start with “p”). Parasympathetic preganglionic neurons have cell bodies located in the brainstem and in the sacral (toward the bottom) spinal cord ([link]). The parasympathetic nervous system resets organ function after the sympathetic nervous system is activated including slowing of heart rate, lowered blood pressure, and stimulation of digestion.

The sensory-somatic nervous system is made up of cranial and spinal nerves and contains both sensory and motor neurons. Sensory neurons transmit sensory information from the skin, skeletal muscle, and sensory organs to the CNS. Motor neurons transmit messages about desired movement from the CNS to the muscles to make them contract. Without its sensory-somatic nervous system, an animal would be unable to process any information about its environment (what it sees, feels, hears, and so on) and could not control motor movements. Unlike the autonomic nervous system, which usually has two synapses between the CNS and the target organ, sensory and motor neurons usually have only one synapse—one ending of the neuron is at the organ and the other directly contacts a CNS neuron.

Résumé de la section

The nervous system is made up of neurons and glia. Neurons are specialized cells that are capable of sending electrical as well as chemical signals. Most neurons contain dendrites, which receive these signals, and axons that send signals to other neurons or tissues. Glia are non-neuronal cells in the nervous system that support neuronal development and signaling. There are several types of glia that serve different functions.

Neurons have a resting potential across their membranes and when they are stimulated by a strong enough signal from another neuron an action potential may carry an electrochemical signal along the neuron to a synapse with another neuron. Neurotransmitters carry signals across synapses to initiate a response in another neuron.

The vertebrate central nervous system contains the brain and the spinal cord, which are covered and protected by three meninges. The brain contains structurally and functionally defined regions. In mammals, these include the cortex (which can be broken down into four primary functional lobes: frontal, temporal, occipital, and parietal), basal ganglia, thalamus, hypothalamus, limbic system, cerebellum, and brainstem—although structures in some of these designations overlap. While functions may be primarily localized to one structure in the brain, most complex functions, like language and sleep, involve neurons in multiple brain regions. The spinal cord is the information superhighway that connects the brain with the rest of the body through its connections with peripheral nerves. It transmits sensory and motor input and also controls motor reflexes.

The peripheral nervous system contains both the autonomic and sensory-somatic nervous systems. The autonomic nervous system provides unconscious control over visceral functions and has two divisions: the sympathetic and parasympathetic nervous systems. The sympathetic nervous system is activated in stressful situations to prepare the animal for a “fight-or-flight” response. The parasympathetic nervous system is active during restful periods. The sensory-somatic nervous system is made of cranial and spinal nerves that transmit sensory information from skin and muscle to the CNS and motor commands from the CNS to the muscles.


Système nerveux

In the human beings as well as other higher animals the nervous system and the endocrine system have evolved for regulating the function of different organs of the body and for maintaining synchronization between their activities. The nervous system receives information from different sensory organs which are called receptors and integrates them to determine the response to be made by day organs of the body. Regulation of the activities of different organs according to the need of the body is done by it. So, the nervous system keeps the body aware of the changes occurring in its internal or external environment and helps the body to react properly so that it can deal with different situation. The nervous system acts very rapidly but its actions are relatively short lusting, on the other hand the endocrine system acts slowly for a prolonged period.

Organisation of nervous system: –

By two types of cells the nervous system is made up, those are neurons and neuroglia. The highly specialised cells neurones carry out the functions of nervous system by transmitting information in the form of nerve impulses from one part of the body to another through the complex path involving synapses. There are more than 10,000 million of neurons in the nervous system of the human beings which are formed during the foetal life. New neurons are never formed during their lifespan as after birth the neurons do not divide. However the neurons increase in length and new synapses are formed with the growth and development of the body after birth. The neuroglia cells support and nourish the neurons. They continue to multiply after birth and increase in number.

Anatomically the nervous system is divided into two parts those are central nervous system (CNS) and peripheral nervous system (PNS). The CNS comprises of brain and spinal cord which lie in the axial part of the body. The part expended part of CNS is the brain lying within the cranial cavity. The weight of a adult human brain is about 1.36 kilogram in males and 1.25 kilograms in females. From above downward, the human brain is divisible into three primary regions those are (i) forebrain, (ii) midbrain, and (iii) hindbrain.

The largest part of human brain is forebrain and further divided into two parts namely the cerebrum et le diencephalon. The diencephalon comprises of thalamus et hypothalamus.
The midbrain remains undivided but the hindbrain is further divided into two parts: met-encephalon et myelencephalon. The metencephalon comprises of pons et cervelet. Les tronc cérébral he’s formed by midbrain, pons and medulla together. The spinal cord is the long, tubular lower part of the CNS lying within the cavity of vertebral column.
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The peripheral nervous system includes all the nerve pathways of the body outside the brain and spinal cord. Contact with the CNS is made by these pathways in various part of the body. By 43 pairs of nerves the PNS is comprises of. Among them, 12 pairs of peripheral nerves are connected with brain and are called cranial nerves. The remaining 31 pairs of peripheral nerves are connected to spinal cord, which are called spinal nerves.

The total central nervous system is histologically divisible into two distinct zones – grey matter and white matter. The grey matter is composed of cell bodies of neurons hence, synapses are formed in the region of the CNS. On the other hand the white matter consists of nerve fibres called Axons. Due to the presence of myelin sheath on the actions it appears as white. In cerebrum and cerebellum, the grey matter is present on the outer side which is also called cortex and the white matter on the inner side. The remaining parts of CNS are called nerve tracts whereas in the PNS, they are called peripheral nerves. There are two types of peripheral nerve fibres – sensory or afferent fibres and motor or efferenr fibres.

Sensory fibres carry the information received by the receptors, from different part of the body to the central nervous system to make CNS aware to the change happening within the body or in the external environment. Motor fibres carry the commands of the CNS to different organs for necessary modification in their activities. Peripheral nerves may be of three types depending on the types of nerve fibres, those are – sensory, motor and mixed.

The nervous system can also be divided functionally into two parts, such as, somatic nervous system and automatic nervous system. The somatic nervous system is concerned with conscious sensations arising from the sense organ, muscles, tendons and joints and movement control of skeletal muscles. On the other hand the automatic nervous system is concerned with the control of involuntary organs.


What Are the Four Functions of the Nervous System?

The nervous system is perhaps the most important part of the body. The roles it serves are crucial for perceiving and responding to the world around us. Our nervous systems allow our body to respond to stimuli and coordinate important bodily functions.

Parts of the Nervous System

The nervous system consists of the brain, organs used to provide sensory information, spinal cord and all the nerves that connect them. Each part of the nervous system is responsible for providing some level of control over the body. The nervous system is made of two groups: the central nervous system and peripheral nervous system

The central nervous system, also known as the CNS, includes both the spinal cord and the brain. They are the control center of the body. These are the parts of the body in which you make decisions and evaluate the world.

The peripheral nervous system, or PNS, consists of sensory nerves and organs in the body. This part of the nervous system monitors the world around you and then sends information to the brain.

Sensory Function

The sensory function of the nervous system is the part that gathers information about both the world around you and the inside of the body. The nervous system collects the data and then interprets it in a way that the brain can understand and respond. For example, the eyes are one of the most important sensory organs. The eyes take in light and convert it into electrical signals that travel to the brain and create an image. Other sensations the body perceives and interprets include taste, smell, touch, and hearing. The nervous system also senses the body’s internal environment, though you may not be consciously aware of it.

Communicative Function

Communication is another crucial feature of the nervous system. Without the communicative function of the nervous system, the brain and spinal cord would miss out on important information coming from the sensory organs. For example, the nerves in your hand may experience a reaction when you place your hand on a hot burner, but without communicating the pain to your brain, you might not know to pull your hand away and prevent further burning.

jentegrative Function

Information is processed via the nervous system’s integrative functioning. Integration occurs when a stimulus is sent to the area in which the information is processed. Stimuli may be compared with other stimuli, perhaps those that occur at the same time or memories of those past. This means that an individual can respond to a stimulus based on experience.

Motor Function

The nervous system also serves a motor purpose that results after the nervous system responds to perceived stimuli. The motor function creates the response to the stimuli, often in the form of contracting muscles. Some forms of response are voluntary, and some are completely involuntary, like a reflex. For example, it's the motor function of the nervous system that causes you to pull your hand away from a hot stove or to jump out of the way of a moving vehicle.


Nervous System Physiology

Functions of the Nervous System

The nervous system has 3 main functions: sensory, integration, and motor.

  1. Sensory. The sensory function of the nervous system involves collecting information from sensory receptors that monitor the body’s internal and external conditions. These signals are then passed on to the central nervous system (CNS) for further processing by afferent neurons (and nerves).
  2. L'intégration. The process of integration is the processing of the many sensory signals that are passed into the CNS at any given time. These signals are evaluated, compared, used for decision making, discarded or committed to memory as deemed appropriate. Integration takes place in the gray matter of the brain and spinal cord and is performed by interneurons. Many interneurons work together to form complex networks that provide this processing power.
  3. Moteur. Once the networks of interneurons in the CNS evaluate sensory information and decide on an action, they stimulate efferent neurons. Efferent neurons (also called motor neurons) carry signals from the gray matter of the CNS through the nerves of the peripheral nervous system to effector cells. The effector may be smooth, cardiac, or skeletal muscle tissue or glandular tissue. The effector then releases a hormone or moves a part of the body to respond to the stimulus.

Unfortunately of course, our nervous system doesn’t always function as it should. Sometimes this is the result of diseases like Alzheimer’s and Parkinson’s disease. Did you know that DNA testing can help you discover your genetic risk of acquiring certain health conditions that affect the organs of our nervous system? Late-onset Alzheimer’s, Parkinson’s disease, macular degeneration - visit our guide to DNA health testing to find out more.

Divisions of the Nervous System

Système nerveux central

The brain and spinal cord together form the central nervous system, or CNS. The CNS acts as the control center of the body by providing its processing, memory, and regulation systems. The CNS takes in all of the conscious and subconscious sensory information from the body’s sensory receptors to stay aware of the body’s internal and external conditions. Using this sensory information, it makes decisions about both conscious and subconscious actions to take to maintain the body’s homeostasis and ensure its survival. The CNS is also responsible for the higher functions of the nervous system such as language, creativity, expression, emotions, and personality. The brain is the seat of consciousness and determines who we are as individuals.

Système nerveux périphérique

The peripheral nervous system (PNS) includes all of the parts of the nervous system outside of the brain and spinal cord. These parts include all of the cranial and spinal nerves, ganglia, and sensory receptors.

Système nerveux somatique

The somatic nervous system (SNS) is a division of the PNS that includes all of the voluntary efferent neurons. The SNS is the only consciously controlled part of the PNS and is responsible for stimulating skeletal muscles in the body.

Système nerveux autonome

The autonomic nervous system (ANS) is a division of the PNS that includes all of the involuntary efferent neurons. The ANS controls subconscious effectors such as visceral muscle tissue, cardiac muscle tissue, and glandular tissue.

There are 2 divisions of the autonomic nervous system in the body: the sympathetic and parasympathetic divisions.

  • Sympathique. The sympathetic division forms the body’s “fight or flight” response to stress, danger, excitement, exercise, emotions, and embarrassment. The sympathetic division increases respiration and heart rate, releases adrenaline and other stress hormones, and decreases digestion to cope with these situations.
  • Parasympathique. The parasympathetic division forms the body’s “rest and digest” response when the body is relaxed, resting, or feeding. The parasympathetic works to undo the work of the sympathetic division after a stressful situation. Among other functions, the parasympathetic division works to decrease respiration and heart rate, increase digestion, and permit the elimination of wastes.

Enteric Nervous System

The enteric nervous system (ENS) is the division of the ANS that is responsible for regulating digestion and the function of the digestive organs. The ENS receives signals from the central nervous system through both the sympathetic and parasympathetic divisions of the autonomic nervous system to help regulate its functions. However, the ENS mostly works independently of the CNS and continues to function without any outside input. For this reason, the ENS is often called the “brain of the gut” or the body’s “second brain.” The ENS is an immense system—almost as many neurons exist in the ENS as in the spinal cord.

Action Potentials

Neurons function through the generation and propagation of electrochemical signals known as action potentials (APs). An AP is created by the movement of sodium and potassium ions through the membrane of neurons. (Voir Water and Electrolytes.)

  • Potentiel de repos. At rest, neurons maintain a concentration of sodium ions outside of the cell and potassium ions inside of the cell. This concentration is maintained by the sodium-potassium pump of the cell membrane which pumps 3 sodium ions out of the cell for every 2 potassium ions that are pumped into the cell. The ion concentration results in a resting electrical potential of -70 millivolts (mV), which means that the inside of the cell has a negative charge compared to its surroundings.
  • Threshold Potential. If a stimulus permits enough positive ions to enter a region of the cell to cause it to reach -55 mV, that region of the cell will open its voltage-gated sodium channels and allow sodium ions to diffuse into the cell. -55 mV is the threshold potential for neurons as this is the “trigger” voltage that they must reach to cross the threshold into forming an action potential.
  • Depolarization. Sodium carries a positive charge that causes the cell to become depolarized (positively charged) compared to its normal negative charge. The voltage for depolarization of all neurons is +30 mV. The depolarization of the cell is the AP that is transmitted by the neuron as a nerve signal. The positive ions spread into neighboring regions of the cell, initiating a new AP in those regions as they reach -55 mV. The AP continues to spread down the cell membrane of the neuron until it reaches the end of an axon.
  • Repolarisation. After the depolarization voltage of +30 mV is reached, voltage-gated potassium ion channels open, allowing positive potassium ions to diffuse out of the cell. The loss of potassium along with the pumping of sodium ions back out of the cell through the sodium-potassium pump restores the cell to the -55 mV resting potential. At this point the neuron is ready to start a new action potential.

Synapses

A synapse is the junction between a neuron and another cell. Synapses may form between 2 neurons or between a neuron and an effector cell. There are two types of synapses found in the body: chemical synapses and electrical synapses.

  • Chemical synapses. At the end of a neuron’s axon is an enlarged region of the axon known as the axon terminal. The axon terminal is separated from the next cell by a small gap known as the synaptic cleft. When an AP reaches the axon terminal, it opens voltage-gated calcium ion channels. Calcium ions cause vesicles containing chemicals known as neurotransmitters (NT) to release their contents by exocytosis into the synaptic cleft. The NT molecules cross the synaptic cleft and bind to receptor molecules on the cell, forming a synapse with the neuron. These receptor molecules open ion channels that may either stimulate the receptor cell to form a new action potential or may inhibit the cell from forming an action potential when stimulated by another neuron.
  • Electrical synapses. Electrical synapses are formed when 2 neurons are connected by small holes called gap junctions. The gap junctions allow electric current to pass from one neuron to the other, so that an AP in one cell is passed directly on to the other cell through the synapse.

Myelination

The axons of many neurons are covered by a coating of insulation known as myelin to increase the speed of nerve conduction throughout the body. Myelin is formed by 2 types of glial cells: Schwann cells in the PNS and oligodendrocytes in the CNS. In both cases, the glial cells wrap their plasma membrane around the axon many times to form a thick covering of lipids. The development of these myelin sheaths is known as myelination.

Myelination speeds up the movement of APs in the axon by reducing the number of APs that must form for a signal to reach the end of an axon. The myelination process begins speeding up nerve conduction in fetal development and continues into early adulthood. Myelinated axons appear white due to the presence of lipids and form the white matter of the inner brain and outer spinal cord. White matter is specialized for carrying information quickly through the brain and spinal cord. The gray matter of the brain and spinal cord are the unmyelinated integration centers where information is processed.

Réflexes

Reflexes are fast, involuntary responses to stimuli. The most well known reflex is the patellar reflex, which is checked when a physicians taps on a patient’s knee during a physical examination. Reflexes are integrated in the gray matter of the spinal cord or in the brain stem. Reflexes allow the body to respond to stimuli very quickly by sending responses to effectors before the nerve signals reach the conscious parts of the brain. This explains why people will often pull their hands away from a hot object before they realize they are in pain.

Functions of the Cranial Nerves

Each of the 12 cranial nerves has a specific function within the nervous system.

  • The olfactory nerve (I) carries scent information to the brain from the olfactory epithelium in the roof of the nasal cavity.
  • Les nerf optique (II) carries visual information from the eyes to the brain.
  • Oculomotor, trochlear, and abducens nerves (III, IV, and VI) all work together to allow the brain to control the movement and focus of the eyes. Les trigeminal nerve (V) carries sensations from the face and innervates the muscles of mastication.
  • The facial nerve (VII) innervates the muscles of the face to make facial expressions and carries taste information from the anterior 2/3 of the tongue.
  • The vestibulocochlear nerve (VIII) conducts auditory and balance information from the ears to the brain.
  • The glossopharyngeal nerve (IX) carries taste information from the posterior 1/3 of the tongue and assists in swallowing.
  • The vagus nerve (X), sometimes called the wandering nerve due to the fact that it innervates many different areas, “wanders” through the head, neck, and torso. It carries information about the condition of the vital organs to the brain, delivers motor signals to control speech and delivers parasympathetic signals to many organs.
  • The accessory nerve (XI) controls the movements of the shoulders and neck.
  • The hypoglossal nerve (XII) moves the tongue for speech and swallowing.

Sensory Physiology

All sensory receptors can be classified by their structure and by the type of stimulus that they detect. Structurally, there are 3 classes of sensory receptors: free nerve endings, encapsulated nerve endings, and specialized cells. Free nerve endings are simply free dendrites at the end of a neuron that extend into a tissue. Pain, heat, and cold are all sensed through free nerve endings. An encapsulated nerve ending is a free nerve ending wrapped in a round capsule of connective tissue. When the capsule is deformed by touch or pressure, the neuron is stimulated to send signals to the CNS. Specialized cells detect stimuli from the 5 special senses: vision, hearing, balance, smell, and taste. Each of the special senses has its own unique sensory cells—such as rods and cones in the retina to detect light for the sense of vision.

Functionally, there are 6 major classes of receptors: mechanoreceptors, nociceptors, photoreceptors, chemoreceptors, osmoreceptors, and thermoreceptors.