La plasticité neuronale : les types et caractéristiques

10 septembre 2019
La plasticité, cette magnifique propriété de notre système nerveux qui nous permet de mieux nous adapter aux conditions de l'environnement, peut se produire sans modification du nombre du site, de la distribution, de la densité ou de la surface totale des synapses.

Le terme plasticité neuronale désigne la capacité du système nerveux à se modifier. Et ce tant sur le plan fonctionnel que structurel, en réponse au passage du temps et aux blessures. Dans le langage courant, la plasticité se définit comme la propriété d’un matériau à être physiquement malléable.

D’un point de vue plus scientifique, nous pouvons donc dire que la neuroplasticité est « la capacité du système nerveux à répondre à des stimuli intrinsèques ou extrinsèques en réorganisant sa structure, ses connexions et sa fonction ».

La plasticité est donc un élément clé du développement neuronal et du fonctionnement normal du système nerveux. D’autre part, c’est aussi une réponse à l’évolution de l’environnement, au vieillissement ou aux pathologies qui peuvent survenir chez nous. Ainsi, la plasticité neuronale est nécessaire pour que les réseaux neuronaux acquièrent de nouvelles propriétés fonctionnelles. Mais aussi pour que des connexions cérébrales suffisantes continuent à se produire.

Le cerveau est, par nécessité, une structure plastique. Les chercheurs ont pu démontrer cela grâce à plusieurs études scientifiques. D’autre part, nous savons également qu’elle se produit à divers niveaux organisationnels du système nerveux. On peut parler de plasticité des tissus nerveux, de plasticité neuronale ou gliale, de plasticité synaptique…

L'activité nerveuse dans le cerveau

Comment fonctionnent les réseaux neuronaux ?

La plasticité neuronale est surtout donnée en réponse à des exigences physiologiques, des changements dans l’activité neuronale ou des lésions des tissus nerveux.

De plus, la plasticité participe à la formation du réseau neuronal lors du développement et de l’acquisition de nouveaux comportements moteurs ou d’apprentissages que nous réalisons au cours de la vie. Il existe de nombreux processus biologiques qui impliquent la plasticité :

  • Neurogénèse
  • Migration cellulaire
  • Changements dans l’excitabilité neuronale
  • Neurotransmission
  • Génération de nouvelles connexions
  • Modification des connexions existantes

Plasticité neuronale structurelle et fonctionnelle

La plasticité de l’efficacité de transmission entre les neurones peut dépendre des changements adaptatifs des molécules présynaptiques, extracellulaires ou postsynaptiques. Cela signifie donc que la plasticité peut se produire sans modification du nombre, du site, de la distribution, de la densité ou de la surface synaptique totale.

La potentialisation précoce à long terme et les modifications des propriétés électroniques dues aux changements géométriques des dendrites sont des exemples clairs de ce type de plasticité. D’autre part, les changements dans la connectivité des circuits qui impliquent la formation, l’élimination ou l’élargissement des synapses, comme la potentialisation tardive à long terme, sont appelés « plasticité structurelle ou architecturale ».

Plasticité neuronale hebbienne et plasticité homéostatique

La plasticité de l’efficacité de transmission et la plasticité structurelle peuvent être classées comme plasticité hebbienne et plasticité homéostatique, respectivement.

Tout d’abord, la plasticité hebbienne implique un changement de la force synaptique, augmentant ou diminuant selon le niveau d’activité neuronale, sur une échelle de temps de quelques secondes ou minutes après le début de la stimulation.

La potentialisation précoce à long terme est un exemple typique de la plasticité hebbienne. Au début, un stimulus tétanique favorise l’activation simultanée avant et après la synapse, ce qui induit une efficacité synaptique accrue. Cette augmentation améliorera la potentialisation. Ainsi, la plasticité hebbienne produit une boucle de rétroaction positive.

D’autre part, les processus homéostatiques sont plus lents, allant de quelques heures à quelques jours. Ainsi, ils peuvent inclure des modifications dans la densité du canal ionique, la libération de l’émetteur ou la sensibilité du récepteur postsynaptique. Contrairement à la plasticité hebbienne, la plasticité homéostatique constitue une boucle de réatroaction négative. La dynamique homéostatique diminue la connectivité en réponse à une activité neuronale élevée et augmente la connectivité lorsque l’activité diminue.

Les synapses des neurones qui participent à la plasticité neurone

Il a été proposé que les plasticités homéostatiques et hebbiennes ont des rôles différents en termes de fonctions du réseau neuronal. La plasticité hebbienne est alors impliquée dans les changements tout au long de la vie. Mais aussi la capacité de stockage et la robustesse de la mémoire.

D’autre part, pendant ce temps, la plasticité homéostatique auto-organise la connectivité du réseau neuronal pour éviter l’instabilité du réseau. De plus, ce type de plasticité implique des mécanismes synaptiques et extra-synaptiques, tels que la régulation de l’excitabilité neuronale, la régulation de la formation synaptique et la stabilisation de la force synaptique totale et de l’arborisation dendritique.

Considérations finales

La plasticité neuronale est un processus qui peut être observé pendant le développement du système nerveux. Il s’agit ainsi d’un attribut essentiel qui donne au cerveau la capacité de modifier sa structure et sa fonction en réponse aux changements de l’activité neuronale. Il est également responsable de l’acquisition de nouvelles capacités telles que les substrats d’apprentissage et de mémoire ou la récupération de la fonctionnalité après une blessure. Bref, il s’agit d’un processus qui permet au cerveau de rester flexible pour permettre une meilleure adaptation aux conditions environnementales.

 

  1. Cramer, S. C., Sur, M., Dobkin, B. H., O’brien, C., Sanger, T. D., Trojanowski, J. Q., … & Chen, W. G. (2011). Harnessing neuroplasticity for clinical applications. Brain, 134(6), 1591-1609.
  2. Fauth, M., & Tetzlaff, C. (2016). Opposing effects of neuronal activity on structural plasticity. Frontiers in neuroanatomy, 10, 75.
  3. Lisman, J. (2017). Glutamatergic synapses are structurally and biochemically complex because of multiple plasticity processes: long-term potentiation, long-term depression, short-term potentiation and scaling. Philosophical Transactions of the Royal Society B: Biological Sciences, 372(1715), 20160260.