Toolyard

Simulateur de potentiel d’action

Équations de cette simulation

C_m dV/dt = I_stim − g_Na m³h (V − E_Na) − g_K n⁴ (V − E_K) − g_L (V − E_L)
Vpotentiel de membrane (intérieur moins extérieur)au repos à −65 mV ; un potentiel d'action le porte à environ +40 mV pendant une milliseconde
C_mcapacité membranaire1 µF/cm² : la fine couche lipidique stocke la charge comme un condensateur
I_stimCourant de stimulation I_stim (µA/cm²)injecté pendant toute l'impulsion
g_Na, g_K, g_Lconductances maximales120, 36 et 0,3 mS/cm² dans l'axone géant du calmar, multipliées par la part des canaux actifs
I_Na, I_Kcourants sodium et potassiumnégatif signifie entrant : le sodium entre pendant la montée, le potassium sort pendant la descente

Avec les valeurs actuelles :

E = (R T ÷ z F) ln([ion]_ext ÷ [ion]_int)
E_Napotentiel d'équilibre du sodiumle Na⁺ est environ 8 fois plus concentré dehors, il est donc attiré à l'intérieur jusqu'à ce que celui-ci atteigne environ +50 mV
E_Kpotentiel d'équilibre du potassiumle K⁺ est environ 24 fois plus concentré dedans, ses canaux tirent donc la tension vers −77 mV
TTempérature T (°C)augmente un peu RT ÷ F et accélère chaque porte d'un facteur 3 tous les 10 °C

Avec les valeurs actuelles :

dx/dt = φ (α_x(V) (1 − x) − β_x(V) x), x = m, h, n
mporte d'activation du sodiums'ouvre vite quand la tension monte : la rétroaction positive qui crée le potentiel d'action
hporte d'inactivation du sodiumse ferme plus lentement et reste fermée quelques ms : la période réfractaire
nporte d'activation du potassiums'ouvre lentement et ramène la tension, en passant sous le repos
φfacteur de température 3^((T − 6,3) ÷ 10)Hodgkin et Huxley ont mesuré à 6,3 °C
seuil : le plus petit I_stim qui déclenche un potentiel d'action pour cette durée d'impulsion
I_seuiltrouvé en essayant des stimulusun potentiel d'action, c'est tout ou rien : sous le seuil la membrane se rétablit, au-dessus le potentiel d'action complet part, quel que soit le stimulus

Avec les valeurs actuelles :

Comment utiliser le simulateur de potentiel d’action

  1. La membrane démarre au repos, vers −65 mV, et reçoit une impulsion de stimulation. Les canaux sodium (bleus) s’ouvrent, les ions Na⁺ jaunes entrent en masse, la tension monte en flèche, puis les canaux potassium (orange) s’ouvrent et les ions K⁺ violets sortent et la font redescendre. La bande de membrane brille en rouge pendant le potentiel d’action.
  2. Baissez le courant de stimulation sous le seuil affiché sous le dessin et appuyez sur Stimuler : la tension monte un peu et retombe sans potentiel d’action. Au-dessus, le potentiel d’action complet part à chaque fois, quelle que soit l’intensité. C’est la loi du tout ou rien.
  3. Cochez Répéter le stimulus et augmentez la fréquence pour voir la période réfractaire : au-delà de quelques centaines d’impulsions par seconde, la membrane ne peut plus répondre à chacune. Bloquez les canaux sodium (TTX) ou potassium (TEA), ou réchauffez la membrane, et regardez la forme du potentiel d’action changer sur les graphiques de la tension, des portes et des courants.

Questions fréquentes

Qu’est-ce qui déclenche un potentiel d’action ?

Les canaux sodium dépendants du voltage. Une petite dépolarisation en ouvre quelques-uns ; le sodium entre et dépolarise davantage la membrane, ce qui en ouvre d’autres : une rétroaction positive qui pousse la tension vers le potentiel d’équilibre du sodium, environ +50 mV. En moins d’une milliseconde, les canaux sodium s’inactivent et les canaux potassium, plus lents, s’ouvrent, si bien que le potassium sort et la tension retombe, brièvement sous le repos.

Qu’est-ce que le seuil ?

La tension, ou le stimulus, à partir de laquelle l’entrée de sodium l’emporte sur les courants potassium et de fuite qui s’y opposent, si bien que la rétroaction positive prend le dessus. Ici, il est donné comme le plus petit courant de stimulation qui déclenche un potentiel d’action pour la durée d’impulsion choisie ; une impulsion plus courte demande un courant plus fort.

Qu’est-ce que la période réfractaire ?

Pendant environ une milliseconde après un potentiel d’action, aucun stimulus ne peut en déclencher un autre, car les canaux sodium sont inactivés (la porte h est fermée) : la période réfractaire absolue. Pendant quelques millisecondes de plus, il faut un stimulus plus fort que d’habitude, le temps que h se rétablisse et tant que les canaux potassium sont encore ouverts : la période réfractaire relative. Elle limite la fréquence à laquelle un neurone peut décharger et fait voyager les potentiels d’action dans un seul sens le long de l’axone.

Que sont les équations de Hodgkin-Huxley ?

Le modèle qu’Alan Hodgkin et Andrew Huxley ont ajusté en 1952 à leurs mesures sur l’axone géant du calmar, qui leur a valu le prix Nobel. Il traite la membrane comme un condensateur avec des conductances sodium, potassium et de fuite en parallèle, dont les portes m, h et n s’ouvrent et se ferment à des vitesses qui dépendent de la tension. La simulation intègre leurs équations, avec leurs paramètres d’origine, par pas de 0,01 ms.

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