LIVRET DVD - REF. 840016, page 1-8 @ Normalize

Réf : 840 016
Relations à l’environnement
et activité nerveuse
Conception d’ensemble
Cohérence globale et entrées multiples. Chaque séquence possède
sa propre cohérence et peut constituer un support d’investigation
et de réflexion pour les élèves. D’où une souplesse d’utilisation qui
laisse au professeur une entière liberté dans sa démarche pédagogique. Il pourra en particulier séparer la problématique, que présentent les premières images, de l’explication qui la suit et inviter les
élèves à la réflexion.
Ce vidéogramme s’adresse d’abord aux élèves des classes de troisième
du collège dans le cadre du programme de ce niveau (chapitre
“Relation à l’environnement et activité nerveuse”). Il pourra également, pour certaines de ses parties, être exploité efficacement en
classe de cinquième du collège et en classe de Première Littéraire
(voir “Quelques pistes d’exploitation pédagogique”).
Plan général et idées maîtresses
Partie 1 - Introduction
Ce module présente des élèves dans différentes activités. Il montre
que l’organisme capte des informations grâce aux récepteurs sensoriels. La perception de l’environnement et la commande motrice
sont des phénomènes cérébraux.
Partie 2 - Une fonction sensorielle : la vision
Grâce à différentes électrodes, il est possible de mesurer le potentiel électrique en différents points du crâne. L’électroencéphalogramme détecte des variations minimes du champ électrique. Les électrodes permettent de suivre, après un stimulus lumineux, la
propagation de phénomènes électriques qui se déplacent et aboutissent dans la zone occipitale. Partant des yeux, les nerfs optiques
s’enfoncent dans l’encéphale. La dissection d’un œil fait apparaître
les différentes membranes. Quand les cellules à cône et à bâtonnet
reçoivent un stimulus lumineux, elles donnent naissance à un phénomène électrique. (On parle de transduction pour désigner le transfert de l’information d’un support physique à un support biologique). Les messages nerveux ainsi créés sont véhiculés par les nerfs
optiques et arrivent dans la zone occipitale de l’encéphale. Sur un
véritable encéphale humain, les aires visuelles (primaire et d’association) apparaissent colorées ici en bleu.
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Partie 3 - Le cerveau en action
Un montage de différentes coupes virtuelles obtenues par résonance magnétique nucléaire permet de distinguer nettement le
cortex (substance grise) de la substance blanche interne.
L’utilisation conjointe de deux techniques, la résonance magnétique
nucléaire (RMN ou IRM) qui permet d’obtenir de belles images tridimensionnelles de l’encéphale, et de la Magnéto-Encéphalographie
qui enregistre les très faibles champs magnétiques produits par le
cerveau fournit des images remarquables montrant les zones qui interviennent quand le sujet effectue des tâches particulières. Ceci nécessite la prise de repère très précis de manière à faire coïncider les
deux types de données. Il est ainsi possible de mettre en évidence
des localisations cérébrales précises.
Deux exemples sont fournis :
- La réalisation d’une activité motrice simple (un simple tapotement
du doigt de la main droite) fait intervenir sur l’hémisphère cérébral gauche deux zones : une zone dans le lobe frontal (circonvolution frontale ascendante) et une zone située en arrière (lobe pariétal) en relation avec le toucher.
- Dans le second exemple, le sujet a prononcé une phrase : une formule naguère rabâchée dans les écoles primaires : “mais où et donc
or ni car”. On voit que dans ce cas plusieurs zones de cerveau entrent en jeu successivement.
Partie 4 - Le cerveau organe fragile
Les milliards de neurones du cerveau forment un réseau complexe,
ils sont parcourus par des messages nerveux qui sont des phénomènes
électriques. D’un neurose à l’autre la transmission nécessite des messages chimiques : les neurotransmetteurs. Une animation montre la
libération par un neurone pré-synaptique de molécules d’un neurotransmetteur qui se fixe sur les récepteurs spécifiques d’un neurone post-synaptique, ce qui peut éventuellement l’activier. Drogues
et médicaments agissent au niveau des synapses. La nicotine peut
se fixer sur les récepteurs à acétylcholine des neurones post-synaptiques provoquant leur activation. Les molécules d’amphétamine agissent sur les terminaisons pré-synaptiques et provoquent la sortie de
dopamine dans la fente synaptique. Il en résulte une excitation des
neurones post-synaptiques.
Descriptif des séquences
Le repérage des temps débute dès l’apparition du générique.
00 min 50 s - 02 min 22 s
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Partie 1 - Introduction
Des signaux de l’environnement sont captés par les organes des sens
02 min 38 s - 03 min 04 s
Partie 2 - Une fonction sensorielle : la vision
Réalisation d’un E.E.G.
03 min 04 s - 03 min 40 s
Les tracés obtenus (yeux fermés, yeux ouverts)
03 min 40 s - 04 min 17 s
Après un stimulus lumineux, représentation sur un écran d’ordinateur des phénomènes électriques décelables à la surface du crâne
04 min 17 s - 04 min 35 s
Coupes obtenues par R.M.N. Une coupe horizontale montre le trajet
des nerfs optiques
04 min 35 s - 05 min 00 s
Présentaiton d’un encéphale de mouton
05 min 00 s - 06 min 07 s
Dissection d’un œil
06 min 08 s - 06 min 20 s
Coupe antéropostérieure d’un œil
La rétine vue au microsocpe : (Grossissement moyen, fort grossissement).
06 min 21 s - 07 min 06 s
Trajet de l’influx après un stimulus lumineux
07 min 07 s - 07 min 24 s
Retour à l’électroencéphalographie
07 min 24 s - 07 min 39 s
Encéphale humain vu de profil. Localisation des aires visuelles
07 min 46 s
Partie 3 - Le cerveau en action
Série de “coupes” obtenues par I.R.M. L’encéphale est parcouru
“d’une oreille à l’autre”.
07 min 54 s - 08 min 07 s
Le cortex et la substance blanche apparaissent nettement
08 min 08 s
La Magnéto-Encéphalographie
08 min 08 s - 08 min 07 s
- Présentation de documents obtenus par R.M.N.
08 min 08 s - 08 min 20 s
- L’installation
08 min 08 s - 08 min 20 s
- Mise en coïncidence très précise des données que fournit la
Magnéto Encéphalographie et de l’image en 3D obtenue par
l’I.R.M.
09 min 58 s - 10 min 32 s
Le sujet a effectué une tâche simple, (tapotement de l’index). Les
zones corticales impliquées apparaissent sur la représentation en
3D fournie par l’I.R.M.
10 min 32 s - 11 min 00 s
Différentes zones impliquées quand le sujet prononce une phrase
11 min 35 s
Partie 4 - Le cerveau, organe fragile
11 min 55 s - 12 min 02 s
Neurones du cortex
12 min 02 s - 12 min 24 s
Cellules nerveuses en culture
12 min 25 s - 12 min 48 s
Représentation schématique d’une chaîne neuronique parcourue
par des influx
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12 min 48 s - 13 min 15 s
Schématisation du fonctionnement d’une synapse
13 min 15 s - 13 min 38 s
Action de la nicotine
13 min 39 s - 14 min 28 s
Action des amphétamines - (13 min 39 s - 14 min 28 s)
14 min 29 s - 15 min 13 s
Conclusion - (14 min 29 s - 15 min 13 s)
Quelques pistes
d’exploitation pédagogiques
Remarques générales
- Chaque partie peut évidemment être utilisée indépendamment
des autres comme support d’investigation pour les élèves dans une
démarche d’investigation.
- Il est toujours possible de couper le son pour supprimer le commentaire explicatif et laisser les élèves réfléchir sur les documents
dynamiques présentés.
- Il pourra être utile de jouer sur les arrêts sur images afin de mieux
examiner un instant d’un phénomène, ou mieux observer une structure.
En classe de 5e :
Programme : “Un mouvement peut répondre à une stimulation extérieure, reçue par un organe des sens. L’information correspondante est transmise aux centres nerveux par un nerf.
Le fonctionnement des muscles est commandé par les centres nerveux. Les messages nerveux sont transmis par les centres nerveux
et les nerfs.
Activités possibles : identifier à partir d’un document, les organes
susceptibles d’intervenir et indiquer le trajet d’un message nerveux.
Les images de la partie 1, Introduction, permettent, par exemple,
de repérer les différentes étapes d’un comportement moteur et de
“mettre en place un premier schéma fonctionnel du système nerveux”. On pourra utiliser deux séquences : élève jouant au tennis
ou élève battant la mesure en écoutant de la musique au baladeur.
En classe de 3e :
- Les différentes parties du film correspondent aux différentes parties du programme. Les images constituent autant de supports d’activités correspondant à une démarche de recherche d’explication
au niveau requis par la classe de troisième.
-1- Mise en évidence de l’existence d’une activité électrique cérébrale en rapport avec une activité motrice (ex. : ouverture/fermeture de l’œil)
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Une séquence du film permet :
- de montrer le dispositif utilisé
- d’observer en direct la relation entre un mouvement d’ouverture
des paupières et sa traductoin sur un électroencéphalogramme.
Un arrêt sur image (avec éventuellement en complément la distribution d’un enregistrement papier) permet un exercice d’analyse.
Cette activité présente 2 intérêts :
- montrer une technique d’investigation de l’activité cérébrale.
- mettre en évidence cette activité avec une activité motrice, ce qui
peut être une bonne introduction à une problématique sur l’activité cérébrale.
-2- Repérage des hémisphères cérébraux et du cortex cérébral sur
un encéphale
Cette activité, proposée par le programme, est possible à partir du
film et permet de montrer une autre technique d’investigation
(I.R.M.)
-3- Approche de la notion d’aires cérébrales à partir de la séquence
montrant le trajetdu message nerveux à la suite d’une stimulation visuelle. Exemple d’activité : après distribution aux élèves
d’un fond représentant une vue de dessus ou de profil de l’encéphale, on pourra leur faire représenter le trajet du message,
par une observation image par image, et mettre en évidence
les aires visuelles occipitales, bien visibles dans le film. Cette étude
pourra être complétée par l’observation des vues d’I.R.M. avec
les nerfs optiques ou la dissection de l’encéphale de mouton (on
expliquera auparavant la signification des couleurs apparaissant
sur l’écran).
-4- Localisation sur l’encéphale des aires : visuelle, motrices (quand
le sujet tape du doigt sur une planchette), de la sensibilité tactile, du langage.
-5- Réalisation d’un schéma général du parcours d’un message nerveux :
-5- aire motrice
- doigt
- aire sensitive
-5- on aura pu, auparavant, expérimenter pour localiser diverses sensibilités au niveau de la peau et observer une coupe de peau
-6- Réalisation d’une étude anatomique :
a) Dissection de l’œil. Cette dissection est désormais irréalisable en
classe pour des raisons d’hygiène et de sécurité. Elle pourra être
remplacée par l’observation d’une séquence du film et débou-
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a) cher sur la réalisation d’un dessin légendé et/ou un travail d’identification sur une maquette.
a) Cette étude pourra se mener en concertation avec le professeur
de Physique “rôle de l’œil en tant que système imageur”.
b) Réalisation d’un dessin légendé, après observation au microscope,
d’une coupe de rétine.
b) Le film, avec ses “zooms” successifs et ses schématisations peut
servir de support à la compréhension de l’organisation de la rétine, de la réception/transformation du stimulus visuel.
-7- Étude histologique du tissu nerveux :
-7- le film, présente des vues de neurones et de leurs connexions,
qui peuvent servir de complément à l’observation de préparations de tissus nerveux.
-8- Approche du mode d’action de certaines substances, nicotine
et amphétamines, sur le fonctionnement de l’encéphale. Cette
étude pourra, par exemple, être menée dans le cadre de l’éducation à la santé.
En classe de Première littéraire :
Programme ‘La représentation visuelle du monde”
Plusieurs séquences du vidéogramme peuvent constituer des supports d’étude et d’activités, ou se substituer à des activités impossibles dans le cadre de la classe :
- Étude anatomique de l’œil ; la dissection d’un œil de bœuf étant
désormais impossible pour cause de risque majeur (haute infectivité de cet organe dans l’ESB), le film peut s’y substituer, en articulation avec l’exploitation d’une maquette (TP1).
- Les documents dynamiques d’IRM, offrent la possibilité d’aborder
efficacement la structure de l’encéphale et de repérer en particulier le cortex (TP5).
- Les documents d’imagerie médicale fonctionnelle par Électro
Encéphalographie et par Magnéto-Encéphalographie, seront précieux pour aborder le fonctionnement du cerveau “intégrateur
de signaux”.
- Les séquences d’animations représentant le fonctionnement des
synapses et l’influence de substances chimiques pouvant “perturber
ce fonctionnement”, correspondent bien aux exigences du programme “Analyse de films sur le rôle des transmetteurs chimiques”
(TP4). Elles doivent permettre aux élèves de se représenter de manière simple, le méca-nisme de fonctionnement normal des synapses
et la manière dont peuvent agir différentes substances qui modifient ce fonctionnement.
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Pour en savoir plus
Les moyens d’investigation cérébrale
l’électroencépholographie (EEG)
Le potentiel électrique lié à l’activité des neurones est capté à la
surface du crâne.
Les potentiels enregistrés ont une valeur située entre 10 et 100 microvolts. Chaque électrode recueille un témoignage de l’activité d’un
très grand nombre de cellules nerveuses.
En plus d’une activité permanente, spontanée – les différentes
“ondes” – on peut déceler des modifications lorsque le patient a
une activité sensorielle, motrice ou cognitive.
La magnéto-l’encépholographie (MEG)
L’activité des neurones est à l’origine d’un champ électrique détecté
par l’E.E.G, elle induit aussi un champ magnétique qui se propage
au travers du crâne.
Toutefois, ce signal est très faible, environ un milliard de fois plus
petit que le champ magnétique terrestre dont la valeur est de
0,5 Gauss.
Il est donc indispensable de placer le magnétomètre dans une
chambre blindée spéciale protégeant les capteurs de tout champ
parasite.
Les capteurs, détecteurs de signaux magnétiques, sont regroupés
dans une sorte de casque. Dans l’installation filmée à Rennes, il en
existe 37. Les capteurs (bobines supraconductrices) influencent par
induction des amplificateurs particuliers appelés SQUID, (“superconducting quantum interférence device” c’est-à-dire “dispositif supraconducteur à l’interférence quantique”) qui baignent dans de
l’hélium liquide à -269 °C. Cette température permet d’obtenir le
phénomène de supraconductivité.
On estime que près de 10 000 neurones activés permettent l’obtention d’un champ mesurable, mais la densité des cellules nerveuses
est elle qu’un mm3 de cortex pourrait fournir un signal détectable
à l’extérieur de la tête.
La technique est donc d’une grande précision ; elle présente l’avantage indéniable de permettre de suivre à la milliseconde près l’activité cérébrale.
La détection des champs magnétiques magnétiques émis par le cerveau confirme la localisation des aires cérébrales.
L’imagerie par résonance magnétique nucléaire (IRM)
Elle fournit des images tridimensionnelles remarquables. Pour cela
elle exploite les propriétés magnétiques de certains noyaux atomiques. Le sujet est placé dans un champ magnétique intense. Lors
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de l’examen, une onde électromagnétique perturbe ce champ, les
noyaux d’hydrogène sont mis en résonance ; ils émettent des signaux complexes qui sont recueillis par des bobines conductrices.
L’exploitation par ordinateur de tous ces singaux permet de
construire une imge 3D.
La collaboration de différentes techniques
Grâce à des mesures stéréotaxiques très précises, il est possible de
reporter les données obtenues par Magnéto-Encéphalographie
sur des images tridimensionnelles fournies par l’imagerie par résonance magnétique nucléaire (I.R.M.). Le résultat est saisissant. Cette
association des deux techniques est présentée dans le vidéogramme.
De la même manière, les renseignements fournis par la T.E.P. peuvent aussi être reportées sur des images dues à l’I.R.M..
Des molécules qui agissent sur les synapses : la nicotine
Absorbée par l’intermédiaire de la fumée de cigarette, la nicotine
atteint le cerveau en quelques secondes. Elle agit en tant qu’agoniste de l’acétylcholine au niveau des synapses à récepteurs nicotiniques. Les molécules de nicotine se fixent sur les récepteurs et
cela provoque l’activation du neurone post-synaptique (les récepteurs se comportent alors comme des canaux ioniques ouverts : il
y a entrée de Na+). La nicotine agit également au niveau d’autres
synapses en modulant la libération de neurotransmetteurs comme
la dopamine, la noradrénaline, la sérotonine. C’est probablement
par cette action qu’elle agit le plus nettement sur l’éveil, le sommeil, l’humeur... La nicotine est à l’origine de la dépendance vis-àvis du tabac.
Les amphétamines
Constituants de certains médicaments, molécules assez proches
des neurotransmetteurs dopamine et noradrénaline, ces stimulants du système nerveux agissent principalement en pénétrant dans
les boutons synaptiques et en provoquant la libération de la dopamine et de la noradrénaline, ce qui active les neurones post-synaptiques.
Réf : 840 016
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