Thème 3B COMMUNICATION NERVEUSE

THEME 4 : COrps humain & Santé

Chapitre 1 : Comportements, mouvements et système nerveux

Intégralite de ce chapitre regroupé en un document

Une trame à suivre à votre rythme pour ce premier chapitre, et nous nous retrouverons en classe pour quelques éclaircissements et activités pratiques (notamment la partie où vous vous tapez dessus avec des marteaux... voir Activité 1). Nous allons avancer pas à pas dans ce chapitre mais tout ce que vous ne ferez pas en classe sera disponible ici même, et vous pourrez même vous avancer si vous le souhaitez. Cliquez sur la flèche à droite et laissez-vous guider...

Chapitre 1 : Comportements, mouvements et système nerveux

Les neurones du réflexe

02

ACTIVITE 1B

PLAN DU theme

00

La synapse

ACTIVITe 3

04

Plasticité cérébrale

ACTIVITe 5

06

Le réflexe myotatique

ACTIVITE 1A

01

Propagation du message

ACTIVITE 2

03

Dysfonctionnements du système nerveux

ACTIVITe 6

07

Mouvement volontaire

ACTIVITe 4

05

QCM testez-vous!

BONUS : Etes-vous digne de travailler avec le Docteur House ?

PLAN DU chapitre

00

Partie 1 : LE REFLEXE MYOTATIQUE 1. qu'est-ce-qu'un arc réflexe? Activité 1A 2. LEs neurones du réflexe Activité 1B 3. La propagation du message nerveux Activité 2 Partie 2 : MOUVEMENT VOLONTIARE ET PLASTICITE CEREBRALE 1. Le mouvement volontaire Activité 4 2. Plasticité cérébrale et entraînement Activité 5

01

ACTIVITE 1A : LE réflexe myotatique

Consigne

Quel est le trajet du message nerveux dans le corps lors d'un réflexe achilléen ?

Mais au fait, c'est quoi un réflexe achiléen?

SUITE

ETAPE A :Proposer une stratégie

Point de départ :3 hypothèses possibles

ETAPE A : Réalisation de l'expérience

ETAPE B :Presenter les résultats et conclure

Protocole

Aide :

RESULTATS :

01

ACTIVITE 1A LE REFLEXE MYOTATIQUE

Quel est le trajet du message nerveux dans le corps lors d'un réflexe achilléen ?

Quelques expériences complémentaires pour mieux comprendre...

Expérience 1 : pour montrer l'aspect involontaire du réflexe achilléen, et son déclenchement rapide. Voici les électromyogrammes obtenus lorsque : 1- Choc sur le tendon : le sujet contracte son muscle volontairement au moment ou il détecte le choc. 2- Choc sur la table : le sujet contracte son muscle quand il entend le son. 3- Choc sur la table : le sujet contracte le muscle quand il voit le marteau frapper la table.

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Expérience 2 : comparer avec un autre réflexe que vous connaissez : le réflexe rotulien. Voici les électromyogrammes comparatifs de l'enregistrement d'un réflexe achiléen et d'un rélfexe rotulienInfo : Les électrodes ont été espacées de la même distance dans les 2 cas Constat : L'électromyogramme du réflexe rotulien apparaît vers 23.5 ms alors que l'électromyogramme du réflexe achilléen apparaît vers 37 ms.

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Que conclure de tout cela? Merci les Maths!

BILAN

01

ACTIVITE 1A LE REFLEXE MYOTATIQUE

BILAN

Un réflexe myotatique est la contraction involontaire d’un muscle en réponse à son propre étirement. C’est une réaction rapide, qui est sous contrôle nerveux, dont l’intensité varie proportionnellement à l’intensité du stimulus qui le déclenche. Ces réflexes témoignent donc du bon fonctionnement du système neuromusculaire. Le circuit nerveux d’un réflexe myotatique est plus court que celui d’un mouvement volontaire, car le centre nerveux des réflexes myotatiques est la moelle épinière, alors que c’est le cerveau qui est le centre nerveux des mouvements volontaires.

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ACTIVITE 1B : LEs neurones du réflexe

Quels sont les neurones empruntés par le message nerveux lors du trajet vu précédemment? Combien sont-ils?

BILAN

Prenez votre manuel de SVT, rendez-vous à partir de la page 350

Et allez voir sur Pronote le "TD BILAN Réflexe myotatique" pour les questionsIl est dispo aussi en un clic ICI

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ACTIVITE 1B : LEs neurones du réflexe

BILAN

La moelle épinière est reliée aux muscles grâce aux nerfs rachidiens. Or, la moelle épinière et les nerfs sont composés de neurones. Les neurones sont des cellules polarisées : le neurone reçoit des informations au niveau des dendrites ; puis, l’information se propage le long de l’axone, sous forme d’un signal électrique ; le message est ensuite transmis au neurone suivant sous forme chimique, au niveau des terminaisons synaptiques. Schéma d’un neurone à connaître. Le contact entre les deux types de neurones se fait dans la moelle épinière : il y a donc une synapse à cet endroit-là. Le réflexe myotatique est qualifié de réflexe monosynaptique car il n’y a qu’une seule synapse entre deux neurones dans l’arc-réflexe. C’est ce qui lui permet d’être rapide !

Il existe deux types de neurones : - Les neurones sensoriels, qui transportent les messages nerveux sensoriels, comme la sensation d’étirement. - Les neurones moteurs ou motoneurones, qui transmettent les messages nerveux moteurs et contrôlent la contraction des muscles

Les expériences de Magendie et de Waller ont ensuite permis de visualiser dans quel sens cirule le message, c'est à dire où sont les neurones sensitifs et moteurs.

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ACTIVITE 1B: le sens du trajet

BILAN

Lors du réflexe myotatique, le muscle se contracte en réponse à son propre étirement, à la suite d'un arc-réflexe passant par la moelle épinière : le neurone sensitif détecte l'étirement, et transmet par voie dorsale le message au motoneurone qui démarre dans la substance grise de la moelle épinière.

Exercice d’entrainement pour vérifier que tout est ok : le réflexe pupillaire, cliquez ici !

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ACTIVITE 2 : Propagation du message nerveux

Comment le message nerveux est-il caractérisé ?

Consigne

OBJECTIF

Documents ressources

Etudier les caractéristiques des messages nerveux pour comprendre leur naissance et leur propagation

QUESTIONS & MANIP

Le logiciel "Nerf" de Pierre Perez, à télécharger sur un ordinateur

Etape 1

Juste télécharger le fichier compressé, l'ouvrir et lancer l'application (Nerf.exe) sur votre ordi, il ne prend que peu de place!

Etape 2

Etape 3

Link

BILAN

03

ACTIVITE 2 : Propagation du message nerveux

BILAN

Vous avez compris que le message nerveux est codé de manière électrique lors de sa propagation dans le neurone.Et plus précisément, en potentiels d'actions :

03

ACTIVITE 2 : Propagation du message nerveux

BILAN

En-dessous d’une intensité seuil de stimulation, la fibre répond par une petite dépolarisation, qui s’atténue et disparaît en se propageant le long de l’axone (ne peut donc conduire un message jusqu’à la cellule suivante).Au-dessus d’une intensité seuil, la réponse de la fibre musculaire est invariable : brève inversion de la polarisation membranaire (la face interne prenant une charge positive par rapport à la face externe) d’amplitude constante (environ 100mV), qui se propage sans atténuation le long de la fibre jusqu’à sa terminaison synaptique : il peut donc amener une information jusqu’à la cellule suivante. C'est la loi du tout ou rien! (pas de réponse propageable, ou réponse d’emblée maximale : le potentiel d’action

Le potentiel d’action est donc le signal élémentaire de la communication nerveuse. (doc 4 p 355)En réalité, la stimulation d’un neurone au-delà du seuil induit l’émission d’une succession de potentiels d’action tous identiques, mais dont la fréquence (nombre/unité de temps) augmente proportionnellement à l’intensité du stimulus. Le message nerveux est donc codé en fréquence de potentiels d’action : fréquence élevée = intensité forte.

Que se passe-t-il alors une fois arrivé au "bout" du neurone ???

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ACTIVITE 3A : LA SYNAPSE

Voici ce qui se produit au niveau d'une connexion neuronale entre 2 neurones : c'est une synapse !

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Si vous ne savez plus ce qu'est une synapse (oui, je sais, c'est loin le collège...), cliquez :

Encore merci Chantal Proulx <3

Bon... j'espère que ça vous a rappelé quelque chose ? Maintenant, au travail pour le détail : prenez votre manuel p358

Et allez voir sur Pronote l'Act3 "Synapse" pour les questionsElle est dispo aussi en un clic ICI

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ACTIVITE 3B : LA SYNAPSE NEURO-MUSCULAIRE

Et lorsque le neurone établit une connexion avec un muscle ? Il s'agit d'une synapse neurono-musculaire , tout simplement!

Dans le cas de la synapse neuro-musculaire, on a quelques petites particularités par rapport à la synapse neuro-neuronale. En effet, la partie post-synaptique étant musculaire, elle va devoir provoquer la contraction, et non simplement la naissance d'un nouveau message. Mais il s'agit en fait du même système : des potentiels d'action musculaires se propagent et provoquent la contraction des fibres!Faisons un exercice de bac (type exo2 simplifié) pour voir si vous avez compris :

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03

ACTIVITE 3B : LA SYNAPSE NEURO-MUSCULAIRE

Consigne

Page précédente

Des problèmes de vue? Cliquez sur un doc pour le voir en plus grand !

Et pour voir le vrai sujet en entier du bac 2016, c'est par ici !

BILAN

03

ACTIVITE 3B : LA SYNAPSE NEURO-MUSCULAIRE

BILAN

La synapse neuromusculaire est la zone de connexion entre un motoneurone (=neurone moteur) et une fibre musculaire. La terminaison présynaptique contient de nombreuses vésicules contenant un neuromédiateur : l’acétylcholine. Elle est séparée de la cellule post-synaptique par un espace appelé fente synaptique.

• Etape 1 : L’arrivée d’un train de potentiels d’action dans la terminaison présynaptique du motoneurone déclenche l’exocytose des vésicules.
• Etape 2 : Les neuromédiateurs qu’elles contiennent sont libérés dans la fente synaptique.
• Etape 3 : Ils se fixent à des récepteurs spécifiques portés par la membrane post-synaptique.
• Etape 4 : Leur fixation ouvre des pompes à cation, ce qui modifie le potentiel de membrane de la fibre musculaire et provoque ainsi la création d’un nouveau train de potentiels d’action musculaire. Dans le détail (voir schém de la page 367 de votre manuel) : un organite particulier intervient, il s'agit du réticulum sarcoplasmique, une gaine qui entoure la fibre musculaire et contient des cations Ca2+. Lorsque le train de potentiels d'action arrive, il libère les ions Ca2+, qui permettent la contraction musculaire (chp suivant)

• Etape 5 : Ce train de potentiels d’action déclenche la contraction du muscle.
• Etape 6 : Dans la fente, les neuromédiateurs sont ensuite rapidement dégradés par des enzymes, ce qui permet de moduler l’information qui passe et ne pas conserver une contraction continue.

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BILAN du CHAPITRE : Le réflexe myotatique en vidéo

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ACTIVITE 4 Le message nerveux volontaire

Consigne

SITUATION DE DEPART

C’est en mangeant sa soupe que Mme Splash s’est rendu compte qu’elle ne pouvait plus lever le bras gauche ni se servir de sa main gauche. Elle appelle le 15 et le médecin urgentiste constate effectivement une hémiplégie gauche : tout son coté gauche est paralysé !

TEST des réflexes myotatiques de la patiente

Realisation d'une irm anatomique crérébrale

Suspicion d'accident vasculaire cérébral (AVC)

Qu'a voulu vérifier le médecin avec ce test?

Votre job

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04

ACTIVITE 4 Le message nerveux volontaire

Consigne

Ok, on y est : la patiente a fait un AVC. L'IRM révèle une occlusion d’une partie d'une artère sylvienne. Mais est-ce vraiment la cause de son symptôme hémiplégique?

BILAN

Une artère quoi????

Accédez à des IRM virtuelles en cliquant sur le dessin ci-dessus. Ce super outil vous permettra de comprendre comment fontionne une IRM fonctionnelle et de repérer les aires motrices dont vous avez besoin. Prenez le temps de lire les explications, elles sont simples ;)

Vous allez choisir vous-même les IRMfonctionnelles que vous souhaitez réaliser.N'oubliez pas que votre but est de localiser le plus précisément possible l'origine des messages nerveux moteurs qui contrôlent tout le bras gauche.Il serait par exemple intéressant de connaître le nom du lobe dans lequel se situe cette zone... N'oubliez pas non plus que nous sommes scientifiques, alors toute forme de témoin judicieusement choisi pourrait être utile pour confirmer vos résultats!

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ACTIVITE 4 Le message nerveux volontaire

BILAN

L’IRM fonctionnelle permet de détecter les zones activées par une tâche motrice. Pour cela, on mesure l’afflux sanguin local au sein du cerveau afin d’assurer l’apport en dioxygène. On identifie ainsi dans chaque hémisphère cérébral, des territoires du cortex cérébral associés à la commande des mouvements volontaires : ce sont des aires motrices spécialisées dans la planification, la préparation et la réalisation du mouvement. L’ensemble de ces aires est appelé le cortex moteur. Celui-ci est situé en partie postérieure du lobe frontal. La réalisation des mouvements volontaires est contrôlée par une aire motrice qualifiée de primaire, notée M1. On rappelle que l’action des aires motrices est controlatérale : les neurones de chaque région de l’aire M1 contrôlent les muscles d’une zone du corps du côté opposé.

Envie de savoir quelle partie de votre cortex moteur contrôle quelle partie de votre corps? C'est possible! Les scientifiques ont cartographié l'ensemble des replis de notre cortex moteur et déterminé qui est connecté à quoi.Ils ont même fait un drpole de bonhomme à partir de cela : l'HOMONCULUS MOTEUR.

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ACTIVITE 4 Le message nerveux volontaire

BILAN

Et une fois les messages moteurs émis au niveau de l'aire M1? Ils descendent simplement le long de la moelle épinière en direction des motoneurones que vous connaissez déjà depuis l'étude du réflexe myotatique. C'est pour cela qu'une atteinte de la moelle épinière provoque une paralysie. Les neurones qui effectuent ce trajet "cortex moteur -> motoneurone" sont appelés des neurones pyramidaux à cause de leur forme triangulaire.

• Etape 1 : Les messages nerveux moteurs commandant un mouvement volontaire sont élaborés au niveau des neurones pyramidaux de l’aire M1.
• Etape 2 : Les axones de ces neurones descendent dans la moelle épinière.
• Etape 3 : Dans la moelle épinière, les neurones pyramidaux se connectent aux motoneurones concernés.
• Etape 4 : Chaque motoneurone intègre les informations qui lui arrivent des différents neurones pyramidaux (commande volontaire) et sensoriels (comme dans le réflexe myotatique), afin de « doser » la contraction, puis les transmet aux synapses neuromusculaires.On appelle cela la sommation, ou l'intégration neuronale.
• Etape 5 : Au niveau des plaques motrices, le message nerveux provoque la contraction musculaire.

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ACTIVITE 4 Le message nerveux volontaire

BILAN

Résumons rapidement le fonctionnement de la sommation des messages nerveux.

Ci-contre un schéma à savoir refaire plu smoins parfaitement pour illustrer la sommation des messages nerveux par le motoneurone. Celui-ci reçoit, pour élaborer son message : - des messages venant de neurones excitateurs - des messages provenant de neurones inhibiteurs - des messages plus ou moins nombreux (fréquence des PA Ces différentes informations se cumulent, et leur somme atteint ou non le seuil d'excitation du neurone, ce qui crée ou non un message moteur en réponse.

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ACTIVITE 5 : Plasticité cérébrale et entrainement

Consigne

SITUATION DE DEPART

Les IRM fonctionnelles ci-contre montrent l'activation du cortex cérébral moteur de 2 patients (sujets 13111 et 13112) effectuant la même tâche utilisant leur main gauche. Observez-les et comparez-le rapidement.

PRINCIPE d'une IRM fonctionnelle

Qu'en avez-vous déduit?

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etude de sujets particuliers utilisant leurs mains

ACTIVITE 5 : Plasticité cérébrale et entrainement

Consigne

BILAN

Un cas exceptionnel qui fête ses 20 ans !(24 maintenant)

Etudions le cas de Denis Chatelier, c'est par ici :

05

ACTIVITE 5 : La plasticité cérébrale

BILAN

Tout d'abord un bout de correction de l'activité sur le patient double allogreffé, c'est ici :

L’organisation du cortex moteur est la même pour tous, mais il existe des variations individuelles des cartes motrices.Ces différences s’acquièrent au cours du développement, sous l’effet de l’apprentissage et de l’entraînement : un entraînement moteur se traduit par une amélioration des performances que l’on peut associer à une extension de l’aire motrice concernée.Dans le détail, les connexions des neurones sont remaniées en fonction des stimuli reçus : c’est la plasticité cérébrale. Cette plasticité explique notre capacité d’apprentissage : le nombre de connexions dédiées à chaque action ou chaque voie nerveuse peut augmenter. Ces modifications ne sont pas nécessairement durables, l’entraînement permet d’augmenter leur durée… Cette plasticité cérébrale explique aussi les capacités de récupération du cerveau après une lésion du cortex moteur. Par exemple, suite à un AVC, les aires corticales se réorganisent : de nouvelles régions sont recrutées pour la réalisation des mouvements affectés

Version longue (15') et québécoise

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Version courte (4') et française

Cliquez ici pour voir une récupération post-AVC

Deux extraits de conférences pour confirmer qu'on a bien compris le concept de plasticité cérébrale chez l'Homme, et pour aller un peu plus loin...

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03

ACTIVITE 7 : Dysfonctionnements du S. nerveux

Etudions 2 cas dans lesquels le fonctionnement du SN est perturbé

Consigne

L'action de substances exogènes

LA sclérose en plaques et la maladie de Parkinson, deux maladies neur-dégénératives

QUESTIONS & MANIP

Documents dispo : - Manuel : doc2 p 391 - Lien ci-dessous (choisissez une substance)

Etape 1

Link

Act manuel p386-7

BILAN

03

ACTIVITE 7 : Dysfonctionnements du S. nerveux

BILAN

1.Dysfonctionnements et maladies neurodégénératives Le système nerveux central est un organe fragile. Il peut être sujet à différents types de dysfonctionnements :• section de la moelle épinière coupant les voies motrices et entraînant des paralysies• accidents vasculaires cérébraux (AVC) correspondant à l’obstruction d’un vaisseau sanguin du cerveau ou sa rupture et entraînant la mort des neurones non oxygénés. Conséquences variées suivant la zone lésée.• maladies neurodégénératives qui détruisent certaines cellules utiles. Ex : La sclérose en plaque causée par une destruction des cellules gliales produisant la gaine de myéline autour des fibres nerveuses. Sans cette gaine, la conduction des messages sensitifs ou moteurs est ralentie, ce qui perturbe toute la communication nerveuse.Ex : La maladie de Parkinson causée par une destruction de neurones à dopamine, neurones intervenant dans la programmation des mouvements ou encore dans les circuits de récompense. Les symptômes sont donc moteurs et dépressifs. 2.Action de substances exogènesLes aires corticales communiquent être elles par des voies neuronales où se propagent des potentiels d’action dont la fréquence d’émission est modulée par un ensemble de neurotransmetteurs.Certaines substances peuvent perturber la transmission synaptique : Ex : La nicotine est un agoniste de l’acétylcholine. Elle se fixe sur ses récepteurs et les active…sans raison. C'est le cas aussi du LSD, qui active des récepteurs des aires de la perception visuelle ou auditive, créant des hallucinations.D’autres substances sont antagonistes, elles se fixent aux récepteurs mais en bloquent l’action.Ex : L’alcool ou la nicotine augmentent la libération de dopamine, neurotransmetteur impliqué dans le système de récompense (sensation de plaisir). Cette consommation peut entraîner des comportements addictifs : désir de renouveler une expérience que l’on sait néfaste (le tabac et l’alcool sont cancérigène, l’alcool abîme le foie)

QCMTester ses connaissances

Pour chaque proposition, choisissez la bonne réponse.

Question 1

Le réflexe myotatique est déclenché...

Par un choc sur le muscle

Par une détection sensitive

Par l'étirement de la fibre musculaire

Question 2

CORRECT!

De combien de neurones la boucle du réflexe myotatique est-elle composée ?

Question 3

CORRECT!

L’intensité d'un message nerveux qui circule dans un neurone est codée en :

Par la fréquence des potentiels d'action

Par l'amplitude des potentiels d'action

Par la période des potentiels d'action

Question 4

CORRECT!

Lors d'un mouvement volontaire, le motoneurone...

Reçoit des informations du neurone sensitif

Reçoit des informations du neurone pyramidal

Reçoit des informations des 2 neurones précédents

Question 5

CORRECT!

La plasticité cérébrale est un phénomène

Irréversible

Sur lequel reposent les apprentissages

Qui existe seulement pendant l'enfance

As tu obtenu 5/5 bonnes réponses du premier coup? Bravo!

Tu as passé le niveau 1, tu peux donc te frotter à des questions un peu plus pointues, de niveau terminale ! Clique là :

CORRECT!

DEFI

Etes-vous digne de travailler avec le Docteur House ?

A partir d'une activité de P.Cosentino

Intro

Basic template Presentation

Basic guide to create an awesome presentation

En 3 mois, Mme X s'est entraînée à bouger sa main droite. Au début, son cortex moteur n'était visiblement plus utilisé pour un mouvement volontaire de la main droite, mais petit à petit la zone d'activtaion se rapproche de la zone "classique pour un témoin". Dans le même temps, elle recouvre l'usage de sa main (sa force de préhension augmente notamment). Son cerveau se réoganise !