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Partie Science de la vie: La part du génotype et la part de l'expérience individuelle dans le fonctionnement du système nerveux Connaissances exigibles 1ère S 1. L'organisation fondamentale des centres nerveux et des circuits neuroniques est déterminée génétiquement. 1.1. Un réflexe myotatique mobilise des circuits neuroniques simples. 1.1.1. Des réflexes myotatiques participent au tonus musculaire nécessaire au maintien de la posture. La station debout engendre l'étirement de certains muscles sous l'effet de la pesanteur. Un réflexe myotatique est la contraction involontaire d'un muscle en réponse à son étirement. L'état de contraction permanent des muscles antigravitaires s'opposant ainsi à cet étirement est le tonus musculaire. 1.1.2. La réalisation d'un réflexe myotatique repose sur l'organisation d'une population de neurones. 1.1.2.1. Des messages nerveux afférents naissent de l'étirement d'un muscle. L'étirement d'un muscle stimule les fuseaux neuromusculaires qui sont des récepteurs sensoriels localisés dans le muscle. La fibre nerveuse afférente reliée au récepteur stimulé, conduit des messages vers le centre nerveux du réflexe. La fibre nerveuse afférente est le prolongement d'un neurone dont le corps cellulaire est dans le ganglion de la racine dorsale d'un nerf rachidien. 1.1 2.2. Dans la moelle épinière, des réseaux neuroniques reçoivent les messages afférents et donnent naissance à des messages efférents qui coordonnent l'activité des effecteurs musculaires. Les messages afférents sont transmis aux motoneurones qui innervent le muscle étiré par l'intermédiaire d'un seul relais synaptique. Les corps cellulaires des motoneurones sont localisés dans la substance grise de la moelle épinière. Le même message afférent inhibe les motoneurones innervant le muscle antagoniste. Cette inhibition est due à l'excitation d'un interneurone inhibiteur. Les commandes motrices provoquent la contraction du muscle étiré et le relâchement du muscle antagoniste. La moelle épinière est le centre nerveux intégrateur de ce réflexe. 1.1.2.3. Les messages efférents suivent un trajet spécifique jusqu'aux effecteurs musculaires. Les fibres efférentes sont les axones des motoneurones. Elles conduisent les messages efférents par la racine ventrale du nerf rachidien. Elles sont en connexion avec les fibres musculaires effectrices du muscle étiré. 1.1.2.4. La réalisation d'un réflexe myotatique fait intervenir des chaînes de neurones reliant les récepteurs sensoriels aux effecteurs musculaires. Outils de référence lycée programme première S Partie Science de la vie mai 2002. 1/3 1.1.3. La formation des chaînes de neurones est sous le contrôle de gènes. Les circuits neuroniques sont mis en place au cours du développement embryonnaire. Ainsi, les réflexes constituent un phénotype comportemental. 1.2. Les chaînes de neurones assurent la propagation et la transmission des messages nerveux. 1.2.1. Le potentiel d'action est le signal élémentaire du message nerveux. 1.2.1.1. En l'absence de stimulation, la membrane d'un neurone est polarisée électriquement: c'est le potentiel de repos. Sa face interne est chargée négativement par rapport à sa face externe. C'est une propriété commune à toutes les cellules. 1.2.1.2. En réponse à une stimulation efficace, une inversion rapide et transitoire de la polarité apparaît sur l'axone: c'est un potentiel d'action. Il a une amplitude et une durée constantes. Il se propage sur l'axone sans modification de ses caractéristiques. 1.2.2. Le message nerveux traduit l'intensité de la stimulation. 1.2.2.1. Sur une fibre nerveuse, le message est codé par la fréquence des potentiels d'action. Le message nerveux se traduit par un train de potentiels d'action. Des variations de l'intensité de stimulation provoquent des variations de la fréquence des potentiels d'action, l'amplitude restant constante. 1.2.2.2. Au niveau d'un nerf, le message global est codé par le nombre de fibres nerveuses recrutées. Quand l'intensité de stimulation augmente, l'amplitude du potentiel global enregistré sur le nerf augmente en fonction du nombre de fibres mises en jeu. 1.2.3. Les messages nerveux sont transmis d'un neurone à un autre ou à des cellules effectrices grâce à des synapses. 1.2.3.1. Le message nerveux présynaptique, codé en fréquence de potentiels d'action, est traduit en un message chimique codé en concentration de neurotransmetteur. L'arrivée d'un train de potentiels d'action au niveau de la membrane présynaptique, déclenche la libération de molécules d'un neurotransmetteur. Le neurotransmetteur diffuse dans la fente synaptique, espace séparant les membranes des deux cellules. La quantité de neurotransmetteur libérée est fonction de la fréquence des potentiels d'action présynaptiques. 1.2.3.2. Les molécules de neurotransmetteur s'associent brièvement avec des molécules réceptrices spécifiques de la membrane postsynaptique. Cette liaison temporaire provoque une modification de l'activité de la cellule postsynaptique. Selon la quantité et la nature du neurotransmetteur, un message postsynaptique peut prendre naissance. 1.2.4. Un motoneurone traite les différents messages afférents qu'il reçoit et élabore, en conséquence, un message efférent. 1.2.4.1. Un motoneurone émet en permanence des potentiels d'action. Outils de référence lycée programme première S Partie science de la vie mai 2002 2/3 1.2.4.2. Cette activité de base peut être modifiée par les messages afférents que ce motoneurone reçoit. La fréquence des potentiels d'action émis par le motoneurone relié au muscle étiré augmente, suite aux messages transmis par le neurone afférent. La fréquence des potentiels d'action émis par le motoneurone relié au muscle antagoniste diminue, suite aux messages transmis par l'interneurone inhibiteur. Les messages efférents émis par un motoneurone peuvent être modifiés par des messages afférents issus du cortex cérébral. 2. L'organisation du cortex cérébral est remodelée par l'expérience individuelle. 2.1. Les messages nerveux, nés de la stimulation des récepteurs sensoriels sont acheminés vers le cortex cérébral. 2.1.1. La région du cortex qui traite les informations tactiles est l'aire somatosensorielle. Le cortex cérébral est la partie superficielle du cerveau formée par la substance grise. Les messages issus d'un territoire du corps parviennent à une zone spécifique de ce cortex. La superficie d'une aire de projection corticale dépend de la quantité des récepteurs présents dans le territoire cutané correspondant. La superficie des aires corticales est ainsi disproportionnée par rapport à la superficie réelle des territoires corporels. 2.1.2. Les réseaux neuroniques du cortex sensoriel sont organisés en colonnes. Chaque colonne de neurones ne répond qu'à des stimulations appliquées sur une région précise du corps. Les neurones du cortex cérébral sont répartis en six couches superposées. Cette organisation permet d'amplifier les connexions entre les neurones. 2.2. L'organisation de l'aire somatosensorielle est modulée par des facteurs de l'environnement: c'est la neuroplasticité. 2.2.1. Des réseaux de neurones corticaux se mettent en place sous l'influence du génome. 2.2.2. Pendant des périodes critiques du développement, des réseaux neuroniques deviennent fonctionnels sous l'action de stimulations par l'environnement: c'est l'épigenèse. Les stimulations des récepteurs sensoriels renforcent et multiplient les connexions synaptiques. L'absence de stimulation fait disparaître des connexions synaptiques. 2.2.3. Le remodelage de l'architecture corticale tout au long de la vie, fonde l'unicité cérébrale. L'interaction permanente entre le génotype et les expériences individuelles est à l'origine de l'unicité cérébrale. Le phénotype comportemental évolue tout au long de la vie. Outils de référence lycée programme première S Partie Science de la vie mai 2002 3/3 Expressions et mots clés "SN" afférent Aire somatosensorielle Centre nerveux Cortex cérébral Effecteur. efférent épigenèse Maintien de la posture Message codé Muscle antagoniste Neurones Neuroplasticité Neurotransmetteur Potentiel d'action Potentiel de repos Propagation des messages nerveux Mai 2202 Récepteur sensoriel Réflexe myotatique Réseau de neurones Synapse Transmission des messages Unicité cérébrale
