Julius Bernstein

Les recherches de Bernstein sur la bioélectricité se situent dans un contexte de vives controverses. Dans les années 1840, le physicien italien Carlo Matteucci avait montré que sur un muscle sectionné transversalement un courant existe entre la face coupée (l'intérieur de la cellule) et la surface non endommagée (milieu extracellulaire). Au milieu du XIX^e siècle, Emil du Bois-Reymond, le professeur de Bernstein, mesura pour la première fois un courant d'action sur des muscles et des nerfs stimulés. En améliorant ses instruments de mesure, il observa en effet une diminution temporaire du courant précédemment découvert (alors appelé "courant de blessure", Verletzungsstrom, le potentiel de repos). Il nomma cette diminution de courant "fluctuation négative" (negative Schwankung). Cependant l'origine de cette "fluctuation négative" et de ce "courant de blessure" restait indéterminée.

Julius Bernstein continua à travailler sur les sujets d'études ouverts par son maître. Ses travaux à Heidelberg contribuèrent à le faire reconnaître parmi les électrophysiologistes de son temps. Il y développa un "Rheotome différentiel" qui lui permit de décrire l'amplitude, le décours temporel et la vitesse de propagation de la "fluctuation négative" (negativen Schwankung), c'est-à-dire du potentiel d'action, sur les nerfs de grenouille.

Ludimar Hermann (de), un autre élève de du Bois-Reymond développa en 1898 la théorie du "noyau conducteur" (Kernleitertheorie). Il proposa que les muscles et les fibres nerveuses sont composés d'un noyau conducteur et d'une couche isolante. Une excitation produirait un courant d'action qui polariserait l'enveloppe isolante, et, par induction, activerait les fibres voisines. L'origine locale de l'excitation serait une réaction chimique de type explosive dans le noyau: une altération brutale du métabolisme (Alterationstheorie).

De son côté, Bernstein montra en 1902, grâce à des mesures de dépendance à la température du potentiel de repos, que les phénomènes bioélectriques ne sont pas d'origine chimique (cf. deuxième citation ci-dessous). Ses expériences indiquaient au contraire qu'il y avait dans les fibres un électrolyte préexistant responsable du potentiel de repos et de la "fluctuation négative".

Il profita pour aboutir à cette conclusion de deux avancées récentes :

• Walther Nernst avait décrit le potentiel de diffusion entre deux solutions de concentration différente (1888/1889). Bernstein appliqua l'équation de Nernst au potentiel de repos qu'il mesurait.
• Wilhelm Ostwald obtint presque simultanément (1890) un potentiel électrique de part et d'autre d'une membrane artificielle semi-perméable aux ions.

Bernstein pensa que cette enveloppe isolante décrite par Hermann est en fait une membrane perméable sélectivement pour certains ions. Il supposa alors que le courant observé entre la surface tranchée des muscles et la surface intacte est due au différence de concentration ionique, à l'électrolyte préexistant.

L'intérieur des fibres est riche en phosphate de potassium (K₂HPO₄), et la membrane perméable seulement au potassium. Il reprit sa "théorie membranaire" en 1912 dans sa monographie "Elektrobiologie".

Il fonda ainsi un nouveau paradigme pour la compréhension de la bioélectricité qui resta inchangé pendant environ 40 ans, jusqu'à ce que l'amélioration des instruments de mesure permette de mieux préciser les différents mécanismes de la bioélectricité.