Le système nerveux et les sens

Le système nerveux et les sens
Évolution des yeux
Voilà comment certains scientifiques
pensent certains yeux peuvent avoir évolué :
De simples cellules sensibles à la lumière, sur
la peau de certains créature ancestrale lui a
donné un avantage de survie minuscule,
peut-être ce qui lui permet d'échapper à un
prédateur. Ensuite, créé un creux dans la
portion sensible à la lumière, une fosse qui
s’approfondit et donne une " vision " un peu
plus nette. Dans le même temps, l'ouverture
de cette fosse se réduit, de sorte que la
lumière entre par une plus petite ouverture,
donnant plus de précision à la perception.
Au fil du temps une lentille s’est formée à
l'avant de l'œil.
Les yeux correspondant à toutes les étapes
de cette séquence évolutive ont été trouvés
dans les espèces vivantes existantes.
D’ailleurs, le développement embryonnaire
récapitule les grandes étapes de ce développement.
Un indice puissant de l’évolution de l’œil est la membrane
nictitante. Voyez le petit repli de peau dans le coin interne de
l’œil ? Cette membrane est le rudiment de la troisième
paupière que l'on peut observer, fonctionnelle et
complètement formée, chez les oiseaux et les reptiles. Elle n'a
plus aucune fonction chez l'homme, mais nous rappelle
cependant notre passé reptilien.
Nos yeux sont impressionnants de complexité. Mais, beaucoup d'yeux d'animaux dépassent l'acuité visuelle de
l'œil humain ; et l'homme lui-même fabrique des récepteurs optiques bien supérieurs à l'oeil en beaucoup de
points. Les yeux de l'homme, par ailleurs, sont loin d'être parfaits.
Le montage boiteux de l'oeil des vertébrés
La rétine comporte plusieurs couches de cellules. La plus externe est celle des photorécepteurs.
On subdivise les photorécepteurs en cônes et en bâtonnets, suivant la forme des structures qui portent le
pigment photosensible.
La rétine des vertébrés est inversée : la lumière doit traverser les diverses couches de neurones et les cellules
photoréceptrices avant d'atteindre les cônes ou les bâtonnets ! Cette inversion, commune à tous les animaux à
vertèbres, est un vrai handicap en cas de faible luminosité vu que les rayons lumineux sont amoindris par cette
zone à traverser. Divers mécanismes existent pour pallier à cet inconvénient. Par exemple, chez plusieurs
animaux nocturnes, il y a le "tapetum cellulosum" au fond de l’œil. Une sorte de miroir qui réfléchit et renvoie
une partie de la lumière vers les photorécepteurs. C’est pourquoi on peut voir les yeux des chats et des ratonslaveurs « éclairer » lorsque l’ont les éclaires avec une lampe de poche la nuit!
En conséquence de cette
disposition inversée, les
fibres du nerf optique,
rassemblées en faisceau,
devront traverser la rétine
pour amener l'influx
nerveux vers le cerveau :
c'est le fameux « point
aveugle » ou tâche aveugle,
une petite région du champ
visuel où l'oeil ne voit rien
en raison de l'absence de
photorécepteurs.
Neurones
Cônes
Bâtonnets
Chez les invertébrés, en
revanche, tout est dans le
sens le plus "logique"
(efficace), et un animal
comme la pieuvre possède
des yeux aussi sophistiqués que les vertébrés, avec une excellente acuité visuelle, même dans les conditions de
faible éclairement qui sont monnaie courante au fond des mers.
Il existe une autre imperfection de l’œil : il y a 300 cellules photosensibles pour chaque terminaison nerveuse de
l’œil. Cela signifie une perte d’information énorme.
Fonction du cerveau
Le cerveau appartient au système nerveux central
(SNC). Situé dans la boîte crânienne, le cerveau est le
siège des fonctions supérieures (fonctions cognitives,
sens, réponses nerveuses) et végétatives. C'est donc
un organe essentiel qui assure la régulation de toutes
les fonctions vitales. Le cerveau reçoit des
informations provenant de l’ensemble du corps
humain via des nerfs afférents, les intègre et les
analyse puis répond en émettant de nouveaux signaux
qui redescendent vers les parties du corps concernées
par les nerfs efférents.
Le cerveau est ainsi responsable du rythme cardiaque
et respiratoire, des fonctions qui pour nous sont
inconscientes. Mais il est aussi impliqué dans la prise de décision, dans la motricité du corps, le comportement,
la mémoire, la conscience…
Structure du cerveau
Le cerveau humain comporte environ 100 milliards de neurones et il baigne dans le liquide céphalo-rachidien. Il
est composé de deux hémisphères, droit et gauche, connectés entre eux par le corps calleux composé de
substance blanche (axones avec une gaine de myéline). Divisés en lobes, les hémisphères sont les parties les plus
développées chez les mammifères.
Le cerveau est divisé en plusieurs parties : le cortex cérébral, la partie supérieur, le thalamus et l'hypothalamus
(glandes endocrines), le cervelet (coordination motrice et apprentissage des mouvements routiniers), le bulbe
rachidien (contrôle des mouvements réflexes: respiration, rythme cardiaque) qui communique avec la moelle
épinière.
Le cortex cérébral constitue la couche externe du
cerveau et comporte la majorité des neurones
(substance grise). Le cortex comporte des
régions dites « primaires » qui s’occupent des
sens et des muscles (sensori-moteurs) et des
régions associatives « supérieures » qui
traite l’information, intègre les informations
multi sensorielles, la mémoire, le langage, le
raisonnement, etc… Le cortex cérébral est
donc la portion la plus récente de l’évolution
et permet les comportements les plus complexes. Il est subdivisé en cinq lobes cérébraux en fonction de leur
position :
le lobe frontal (motricité, mémoire, raisonnement) ;
le lobe pariétal (toucher) ;
le lobe temporal (ouïe, odorat) ;
le lobe occipital (vision) ;
le lobe limbique.
Le liquide cérébro-spinal (LCS), ou encore liquide céphalo-rachidien (LCR) en ancienne nomenclature, est un
liquide biologique transparent dans lequel baignent le cerveau et la moelle spinale. Il est contenu dans les
méninges. Les méninges sont des enveloppes protectrices (dure-mère, arachnoïde et pie-mère) entre le cortex
et l’os du crâne. Le LCS circule également dans les quatre ventricules cérébraux, à l'intérieur du cerveau, et dans
le canal central de la moelle spinale.
Le liquide cérébro-spinal
absorbe et amortit les
mouvements ou les chocs qui
risqueraient d'endommager le
cerveau. Il est également le
liquide dans lequel sont
évacuées les molécules et les
"déchets" provenant du cerveau
et joue également un rôle de
protection immunologique.
Son volume chez l'humain
adulte est d'environ 150 ml. La
production du LCS est de l'ordre
de 500 à 1 200 ml/jour. Chaque
jour, le LCS est renouvelé entre
3 et 4 fois.
Évolution du cerveau
Au cours de l'évolution, c'est la prise d'information sensorielle et la réponse aux stimuli qui apparaissent en
premier (Eponges). Le système nerveux central (SNC) apparaît ensuite pour mieux intégrer l'information
récupérée par les organes sensoriels et élaborer une réponse de plus
en plus complexe.
Ces 3 schémas montrent la place occupée par le cerveau sensorimoteur (toutes les parties en noir ou gris) chez 3 espèces de
mammifères : le rat (en haut), le tarsier (milieu) au cerveau humain
(en bas), l'évolution montre une augmentation du cerveau sensoriel
associatif « supérieur »(blanc) par rapport au cerveau sensori-moteur
« primaire » (foncé).
Depuis l’avènement des premiers mammifères il y a plus de 200
millions d’années, le cortex cérébral a pris de plus en plus
d’importance par rapport aux autres structures plus anciennes.
Cet agrandissement de la surface du cortex se remarque d’abord
chez les mammifères prédateurs comparés aux herbivores. Malgré le
fait que la prédation soit difficile, la capture d’une proie constitue un repas de grande valeur nutritive comparé à
la végétation. Or chasser requiert un système sensoriel et moteur très perfectionné. Un mammifère ayant un
plus grand cortex se trouve donc avantagé puisque c’est là que se trouve les aires sensorielles et motrices.
On observe aussi que la taille du cortex a pris énormément d’ampleur chez les primates depuis les petits singes
comme les lémurs jusqu’aux grands singes et aux humains. Pour plusieurs, cet accroissement du cortex serait un
reflet de la complexité croissante de la vie sociale chez les primates. En effet, il semble que la capacité de
prédire le comportement des autres dans un
groupe ait constitué un gros avantage évolutif.
Un autre point sur lequel tout le monde
s’entend est que l’augmentation des
circonvolutions du cortex est un facteur
important de l’évolution du cerveau. Ces replis
permettent à une plus grande surface de tenir
dans la boîte crânienne.
Peut-on dire qu’il existe une relation entre la
taille du cerveau et une certaine « complexité
comportementale »? Non puisque les
cerveaux d’éléphants et de baleine sont 4 à 5
fois plus gros que le cerveau humain et que
l’on s’accorde tout de même pour dire que
leur comportement est moins complexe que
celui des humains.
Effectivement, ce qui est plus important que la taille du cerveau, ce sont les différences dans le développement
des différentes parties du cerveau. Si l’on prend par exemple le cervelet impliqué dans la coordination des
mouvements musculaires, son poids par rapport au reste du cerveau est remarquablement constant chez tous
les mammifères. Mais il est intéressant de constater que le cervelet des oiseaux est celui qui est le plus
développé du règne animal. C’est cela qui permet de synchroniser les nombreuses parties du corps pour le vol,
qui est une activité particulièrement complexe, surtout lorsque l’on observe un vol acrobatique!
L’amplitude du cortex varie grandement selon les espèces. Les poissons et les amphibiens en sont
complètement dépourvus, tandis que le néocortex représente 20 % du poids du cerveau d’une musaraigne et…
80 % de celui de l’humain !
C’est durant la transition des primates à l’humain que le cortex s’est le plus développé. Et de toutes les régions
du néocortex, c’est certainement le cortex préfrontal qui a connu la plus forte expansion chez l’humain.
En haut, l’image montre l’évolution des différentes parties du
cerveau. Notez la croissance du cortex cérébral (section 1).
À gauche, le cerveau d’un poisson.
Il ne faut pas oublier que notre incroyable cerveau nous permet des comportements complexes. En société,
notre conscience de soi, notre imagination et notre capacité d’analyse nous permet de deviner ce que les autres
pensent et ressentent. Nous pouvons avoir de l’empathie pour les autres, imaginer leur peine, prévoir leurs
réactions et leurs actions. Nous pouvons mieux travailler en équipe, utiliser les autres… mais également se faire
manipuler par les autres! L’image suivante nous le rappelle…
;)
Questions pour bien comprendre la matière
1234567-
Explique les grandes étapes de l’évolution des yeux de vertébrés.
Quels sont les trois imperfections de l’œil des vertébrés?
Quelles sont les deux répercussions du montage inversé des cellules photoréceptrices de l’œil?
Comment certains animaux ont-ils contournés le problème?
Explique ce qu’est le cortex cérébral.
Quels sont les 5 lobes du cortex?
Le cortex comprend des zones « primaires » et des zones « supérieures ». Explique ces deux
termes.
8- Explique ce qu’est le liquide cérébro-spinal (LCS), et indique ses fonctions.
9- Où circule ce liquide?
10- Pour quelle raison c’est chez les primates que le cortex a grossi le plus? Quel est l’avantage?
11- Si ce n’est pas la grosseur du cerveau qui explique la complexité du comportement d’un animal,
qu’est-ce qui l’explique?