Sensibilisation
Bases neurobiologiques

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Expériences : mémoire des neurones ( infos)

Alors que l'habituation engendre notamment la disparition de l'état d'alerte et des réponses d'orientation, la sensibilisation les augmente.

Regardons ce qui se passe chez l'aplysie.

• Si on applique un stimulus nociceptif (douloureux) au niveau caudal, le retrait de la branchie est plus important lors du toucher par la suite.
• Si cette expérience se produit après un apprentissage par habituation, on parle de déshabituation.

Les deux stimuli ne sont pas appariés comme dans le conditionnement classique qui est, pour ce qui concerne l'apprentissage, beaucoup plus efficace que la sensibilisation. En effet, l'aplysie apprend également par association, ce qui a permis des découvertes essentielles sur le conditionnement classique, et en particulier sur la loi de la contiguïté temporelle.

La sensibilisation provoque une facilitation de la transmission synaptique dans les neurones concernés, par l'augmentation de la libération du nombre de vésicules de glutamate dans l'espace synaptique.

Toutefois, les relais synaptiques ne doivent pas être identiques, car la voie nociceptive caudale, a priori, n'a rien à voir avec la voie du retrait de la branchie.

Les chercheurs ont mis en évidence, suite à un stimulus caudal, l'activation d'interneurones modulateurs qui agissent sur les neurones sensoriels, les motoneurones et les interneurones décrits précédemment.

• Dans ce cas précis, les interneurones utilisent la sérotonine qui active les systèmes du second messager.
• Dans d'autres apprentissages, l'acéthylcholine, la dopamine ou l'adrénaline peuvent jouer ce rôle.

Deux grandes familles de récepteurs au niveau synaptique

Deux grandes familles de récepteurs sont couplées à des neurotransmetteurs :

• les récepteurs ionotropes,
• les récepteurs métabotropes.

Les récepteurs ionotropes

Les récepteurs ionotropes (dirigés vers le flux ionique) sont des récepteurs où les fonctions réceptrices et effectrices apparaissent sur la même molécule (Wiki).

Par exemple, le glutamate ( infos), qui possède de nombreux récepteurs, se lie à une molécule spécifique de la surface de la membrane postsynaptique : le récepteur AMPA.

• Ce récepteur AMPA (alpha-amino-3-hydroxy-5-méthylisoazole-4-propionique acid) possède un pore, normalement fermé, qui s'ouvre suite à la fixation du glutamate et permet alors aux ions sodium (Na⁺) de s'engouffrer dans le neurone et aux ions potassium (K⁺) d'en sortir. Cette entrée produit une dépolarisation et la production d'un potentiel d'action qui se propage tout le long du neurone.
• La fonction effectrice et réceptrice est réalisée par la même molécule. Le couplage du récepteur au canal ionique est direct.
• Le récepteur NMDA est également un récepteur ionotrope, mais est couplé à un canal calcium (Ca⁺⁺) qui ne s'ouvre que lors d'une dépolarisation très importante - 30 mV - (ouverture des récepteurs NMDA).

Ce type de synapses est parfois appelé synapses activées par un ligand. On les appelle aussi parfois synapses rapides, car leur action tend à être brève et rapide.

Les récepteurs métabotropes

Les récepteurs métabotropes (dirigés vers des événements chimiques, à l'intérieur du neurone) sont des récepteurs où les fonctions réceptrices et effectrices sont réalisées par des molécules différentes (Wiki).

Dans cette sorte de synapse, l'arrivée du transmetteur sur sa molécule réceptrice a un effet indirect sur les canaux ioniques.

• Le neurotransmetteur est à l'origine d'une cascade d'événements qui produisent une action grâce à l'intervention d'autres substances chimiques.
• Ce sont des synapses couplées une protéine G et/ou d'un second messager (Wiki). Dans ce cas, le transmetteur synaptique est considéré comme étant le premier messager.

Un de systèmes les plus répandus de second messager est celui de l'AMPc (AMP cyclique ou adénosine monophosphate cyclique - Wiki -.

Dans le cas de l'Aplysie, la sérotonine augmentera la production de glutamate ( infos).

Un des rôles primordiaux de ces seconds messagers est qu'ils transmettent non seulement un signal, mais l'amplifient par rapport à un récepteur ionotrope.

• De plus, ils agissent à différents niveaux et en particulier, au niveau de l'ADN des gènes (synthèse de récepteurs et de dendrites).
• On les appelle parfois les synapses lentes : leur action dure plus longtemps que celles dans lesquelles le ligand active directement le canal. Elles sont responsables de la durée de la sensibilisation à long terme.

Sensibilisation à court terme chez l'aplysie

Dans le cas de l'aplysie, la sérotonine se lie à son récepteur métabotrope, qui après couplage avec une protéine G, active l'adénylate cyclase qui transforme l'ATP en AMPc.

• Celle-ci se fixe sur les unités régulatrices (inhibitrices) de la protéine kinase A ou PKA -  infos - et libère les deux sous-unités catalytiques. Ces dernières provoquent la phosphorylation de canaux potassium (qui normalement sont ouverts au repos) et les ferment : les ions K⁺ sortent beaucoup plus difficilement pour repolariser la membrane. Le potentiel d'action augmente en intensité et en durée (l'AMPc et la sérotonine agissent également sur un autre canal K⁺).
• Ce phénomène prolonge l'ouverture des canaux calciques, éleve ainsi la concentration calcique dans le neurone ce qui, à son tour, augmente la libération du glutamate ( infos).

Le rôle de l'AMPc a été confirmé par les études sur la drosophile, dont le mutant " dunce " présentait une déficience de mémoire à court terme due à une mutation du gène codant l'enzyme catabolisant l'AMPc (le trop plein d'AMPc perturbe le fonctionnement des synapses). D'autres gènes intervenant sur d'autres protéines de la cascade précédente ont été découverts depuis.

Cette cascade de transduction (neurotransmetteurs, seconds messagers, canaux ioniques) augmente la transmission synaptique entre les neurones sensoriels et les motoneurones de la branchie.

Sensibilisation à long terme chez l'aplysie

Cette sensibilisation à long terme (plusieurs semaines) nécessite une synthèse de protéines qui augmentera le nombre de récepteurs et de synapses par activation de facteurs de transcription comme le CREB-1.

Ce phénomène s'appelle la potentialisation à long terme.

ApprentissageDifférentes formes d'apprentissageConditionnement classique
Conditionnement opérantRenforcementsPunitionsHabituationSensibilisationImprégnationApprentissage par imitationApprentissage par observation
Apprentissage latentApprentissage par intuitionApprentissages complexes