Le voltage membranaire pour lequel les potentiels d’action sont initiés dépend en partie de l’état d’activation et d’inactivation des canaux sodiques présents sur le soma, le cône de l’axone et son segment initial. La cinétique et la dépendance au voltage de ces processus d’activation/inactivation ont été décrits dans les motoneurones comme ressemblant beaucoup à ceux étudiés par Hodgkin & Huxley (1952) dans l’axone géant de calamar (Barrett & Crill 1980; Schwindt & Crill 1982). La valeur du courant de recrutement d’un motoneurone soumis à une rampe dépend de la vitesse de cette dernière : Le courant nécessaire pour le faire décharger sera d’autant plus important que la rampe est lente. Ce phénomène est connu sous le nom d’accommodation (Burke & Nelson 1971; Schlue et al. 1974a; b) et semble être causé par une légère inactivation sodique sous-seuil (Frankenhaeuser & Vallbo 1965; Vallbo 1964; Schlue et al. 1974c; Kernell 2006). Les expériences sur l’axone moteur de chat ont montré que la constante de temps d’inactivation sodique était de l’ordre de 2 à 4ms (Richter et al. 1974). La dépendance au voltage et la cinétique de cette inactivation sodique suggèrent que le seuil d’activation des potentiels d’action devrait également varier lors de la relaxation de l’AHP (0.1-0.2mV/ms) entre deux potentiels d’action (Schwindt & Calvin 1972). Ce phénomène a été démontré expérimentalement par l’injection de brèves stimulations à différents points durant l’intervalle entre les potentiels d’action (Figure 8A; Calvin & Stevens 1968; Calvin 1974; Powers & Binder 1996; 1999). Le seuil en voltage varie pendant cet intervalle en suivant la trajectoire de la relaxation de l’AHP. Lorsqu’un créneau hyperpolarisant est appliqué avant la décharge, son seuil est également hyperpolarisé, démontrant la dé-inactivation du courant sodique lorsque le potentiel membranaire s’éloigne du seuil de décharge (Figure 8B).
Figure 8 : Variation du seuil des potentiels d'action durant la décharge répétitive. A. superposition de quatre tracés
d'intervalles entre les potentiels d'action lors de la déchargé répétitive d'un motoneurone lombaire de chat. Sur trois d'entre eux, une stimulation est délivrée avec un délai différent par rapport au potentiel d'action précédent. La ligne pointillée montre que le seuil en voltage des potentiels d'action varie au cours de la relaxation de l'AHP. B. Enregistrement similaire pour un autre motoneurone de chat. Pour deux des trois traces une stimulation est appliquée, précédée ou non d'un créneau de courant hyperpolarisant. Le seuil du potentiel d'action est abaissée après le créneau hyperpolarisant (flèche du bas) par rapport à la trace sans créneau (flèche du haut). Adaptée de Powers and Binder 1999.
Des processus plus lents d’inactivation des courants sodiques ont été décrits dans de nombreux types cellulaires (Brismar 1977; Rudy 1981; Howe & Ritchie 1992; Fleidervish et al. 1996; Jung et al. 1997) Les cinétiques de ces inactivations lentes sont telles que seule une petite fraction des courants sodiques sont inactivés lors d’un potentiel d’action unique (Colbert et al. 1997; Junget al. 1997). Cependant, la dé-inactivation lente permet une accumulation de l’inactivation pendant une décharge répétitive prolongée (Colbert et al. 1997; Jung et al. 1997). Cette accumulation peut expliquer la dépolarisation progressive du seuil pendant la décharge de certains neurones (Schwindt & Crill 1982). Cette augmentation du seuil est accompagnée par une augmentation du niveau de dépolarisation moyen de la membrane entraînant une augmentation du recrutement des courants entrant persistants.
G / Neuromodulation
La transmission de l’information entre neurones se fait de manière générale à la synapse par la libération présynaptique de neurotransmetteurs qui vont ouvrir des canaux ioniques en se liant spécifiquement aux récepteurs postsynaptiques. Les propriétés sous- seuil et de décharge des motoneurones peuvent toutefois être influencées par la neuromodulation. Certains neurotransmetteurs peuvent se lier à une autre catégorie de récepteurs, les récepteurs métabotropiques. L’activation de ces récepteurs déclenche des cascades intracellulaires de seconds messagers qui vont avoir des effets variés sur l’ouverture de certains canaux ou la sensibilité de certains récepteurs. Les motoneurones, à la fois dans le tronc cérébral et dans la moelle épinière, sont richement innervés par ces circuits neuromodulateurs, particulièrement par les terminaisons sérotoninergiques et noradrénergiques. La sérotonine et la noradrénaline ont pour principal effet de dépolariser le potentiel membranaire des motoneurones (Elliott & Wallis 1992; Hsiao et al. 1998; Inoue et al. 1999). Cette dépolarisation est associée à une augmentation de l’excitabilité en réduisant le courant nécessaire au motoneurone pour émettre un potentiel d’action (Bayliss et al. 1992; Parkis et al. 1995; Hsiao et al. 1997). La sérotonine et la noradrénaline augmentent également la conductance du courant Ih (Takahashi 1990;
Larkman & Kelly 1992; Hsiao et al. 1997) et diminuent les conductances d’AHP en inhibant les conductances calciques dont dépendent leur activation (Bayliss et al. 1995). L’effet modulateur de la sérotonine sur l’AHP dépend de l’espèce et du stade de développement de l’animal. Il est par exemple beaucoup plus important chez le cochon d’Inde juvénile (Hsiao et al. 1997) et le rat néonatal (Talley et al. 1997) que chez le rat juvénile (T. Inoue et al. 1999). Ces différences sont probablement causées par une expression différente des récepteurs à la sérotonine selon les espèces. La sérotonine a également des effets sur les courants entrants persistants exprimés par les motoneurones (Hsiao et al. 1998; Svirskis & Hounsgaard 1998; Harvey et al. 2006a). Une modulation différente des courants persistants sodiques et calciques pourrait permettre une action indépendante sur ces deux courants et une amplification différentielle des entrées synaptiques Ia statiques ou dynamiques selon les différents types physiologiques de motoneurones et leurs fonctions motrices (Manuel et al. 2007). La neuromodulation des motoneurones influencent leurs relations entrée-sortie en facilitant leur décharge et en modifiant le gain de la courbe fréquence-courant (Hounsgaard & Kiehn 1989; Lindsay & Feldman 1993).