Les cellules nerveuses ont une charge électrique négative à travers leurs membranes plasmiques, connue sous le nom de potentiel de repos. La membrane plasmique est une fine couche limite qui entoure la cellule nerveuse, et le potentiel de repos existe parce que l’intérieur de la cellule est chargé négativement par rapport à l’extérieur. Lorsqu’un neurotransmetteur, un produit chimique qui transporte des signaux entre les cellules nerveuses, arrive à la membrane, ou que la membrane est perturbée mécaniquement, la charge à travers la membrane change, devenant plus positive. Ce changement est connu sous le nom de dépolarisation et, s’il atteint un certain niveau, il en résulte ce qu’on appelle un potentiel d’action, où une impulsion électrique est transmise le long du nerf. Suite à un potentiel d’action, la membrane se repolarise, redevient chargée négativement et rétablit le potentiel de repos.
Le potentiel de repos des membranes des cellules nerveuses est créé par des concentrations inégales d’ions sodium et d’ions potassium chargés positivement de chaque côté de la membrane. Il y a plus de potassium à l’intérieur de la cellule et plus de sodium à l’extérieur de la cellule. La raison en est une pompe sodium-potassium située dans la membrane cellulaire, qui déplace activement le sodium hors de la cellule et le potassium dans la cellule.
Il existe des canaux dans la membrane à travers lesquels les ions sodium et potassium peuvent voyager, mais lorsque la membrane est au repos, les canaux sodium sont fermés et seuls certains canaux potassium sont ouverts. Les ions sodium sont contraints de rester à l’extérieur de la cellule, tandis que certains ions potassium s’échappent de la cellule pour les rejoindre par les canaux ouverts. Le résultat net est que plus d’ions chargés positivement se retrouvent à l’extérieur de la cellule qu’à l’intérieur, ce qui crée la charge négative à travers la membrane, connue sous le nom de potentiel de repos, qui est nécessaire pour que la dépolarisation des neurones se produise.
Pour qu’un potentiel d’action se produise, la cellule nerveuse doit d’abord être stimulée en étant étirée ou par l’arrivée d’un neurotransmetteur. Un effet dépolarisant se produit alors parce que les canaux sodiques s’ouvrent et permettent au sodium d’entrer dans la cellule, augmentant le nombre d’ions chargés positivement à l’intérieur et rendant le potentiel électrique à travers la membrane plus positif. Une fois que la dépolarisation atteint un niveau seuil, de nombreux canaux sodiques s’ouvrent à la fois et un potentiel d’action se produit, où une dépolarisation complète de la membrane se produit soudainement, la dépolarisation passant également le long de la cellule nerveuse en une onde.
Après la dépolarisation, la repolarisation se produit après un bref intervalle connu sous le nom de période réfractaire. Pendant cette période, tout autre stimulus appliqué à la cellule n’a aucun effet. La période réfractaire ne dure qu’une fraction de seconde, permettant à un nerf de se déclencher plusieurs fois en l’espace d’une seconde. La repolarisation implique que les ions potassium sortent d’abord de la cellule, avant que le sodium ne soit activement pompé. Une fois que le potentiel membranaire a atteint la charge négative nécessaire, le potentiel de repos est atteint et le nerf est prêt à se déclencher à nouveau.