1ère PARTIE : SYNTHESE (8 points) NEURONE ET FIBRE MUSCULAIRE : LA COMMUNICATION NERVEUSE Plusieurs consignes sont possibles selon les objectifs de formation du professeur. Possibilité 1 : Consigne guidée, la démarche de résolution est imposée Expliquez à l’aide de vos connaissances, des documents et de 2 schémas distincts, le trajet du message nerveux issu du cortex moteur vers un muscle du bras gauche, dans un cas sans amputation et dans le cas de C. Mittchell. Vous justifierez le fait que la prothèse soit installée sur la patiente peu de temps après l’amputation. Possibilité 2 : consigne plus globale, l’élève développe sa propre démarche. Expliquez comment les connaissances actuelles sur le système nerveux et la commande des mouvements volontaires ont permis aux neurochirurgiens de développer une prothèse de bras sous le contrôle du système nerveux central de la patiente Claudia Mitchell. Un texte explicatif accompagnant les schémas est attendu. Document : Le cas de Claudia Mittchell Amputée du bras gauche en 2004, suite à un accident de moto, Claudia Mittchell, gauchère, a reçu en août 2005 une prothèse motorisée commandée par le cerveau. Les nerfs moteurs subsistant au dessus du membre amputé ont été dérivés et rattachés à des muscles thoraciques préalablement privés de toute innervation. Des électrodes, posées sur ces muscles, enregistrent les messages moteurs issus du cortex moteur qui parviennent aux terminaisons implantées dans ces muscles. Ces messages nerveux sont traités par un ordinateur qui transmet les signaux aux moteurs de la prothèse Sujet élaboré par le Cercle d’études Lycée SVT – Académie de Montpellier - 2015 Type 1: Neurone et fibres musculaires : la communication nerveuse Éléments d’évaluation Critères Indicateurs (éléments de correction) Question clairement énoncée et respectée Problématique posée par le sujet comprise Introduction : Notions d’activité spécialisées, plasticité cérébrale Les éléments scientifiques : pertinents, complets issus des connaissances scientifiques acquises et / ou du document Connaissances nécessaires: Remarque importante : les éléments scientifiques sont jugés suffisants si les idées essentielles sont présentes et si des détails possibles sont présentés. Les éléments scientifiques sont jugés absents si ni les idées essentielles ni aucun des détails attendus ne sont présents -Qualité de la synthèse : (Remarque importante : il ne s’agit pas d’une liste de critères qui devraient être tous remplis, mais d’indices qui permettent de repérer la qualité de la synthèse, sans qu’on attende que tous soient présents) - Il n’y a pas de synthèse réussie sans éléments scientifiques suffisants - Introduction : problématique posée et annonce de sa résolution - Exposé construit, argumenté, rigoureux, répondant à la question posée en mobilisant les connaissances nécessaires - Conclusion récapitulant la réponse à la problématique posée Qualité formelle (rédaction et/ou schématisation) : - Syntaxe, grammaire - Orthographe - Mise en page, facilité de lecture, présentation attrayante - Légendes et titres précis - Schémas fonctionnels (ils racontent une histoire : il y a un stimulus qui entraîne un déroulement logique qui amène une conclusion). Intégrés au texte, apportant synthèse ou précisions. volontaire, aires motrices corticales Le sujet est clairement présenté et compris *Le message moteur, chez une personne témoin, part d’une commande de l’encéphale, emprunte la moelle épinière puis est acheminé, via les nerfs moteurs vers les muscles du bras qui réalisent alors le mouvement grâce à leur contraction. *Chez un individu ayant subi un accident le privant, ici, d’un bras, la commande du cerveau, via la moelle épinière, est directement reçue par les muscles thoraciques, grâce à des électrodes. Un ordinateur intègre les signaux et les moteurs de la prothèse effectuent le mouvement. *L’activité du cortex moteur peut-être modifiée en cas de lésion : il y a alors un remaniement du territoire puis une récupération possible : c’est la plasticité cérébrale. *La notion précise du fonctionnement de la synapse n’est pas attendue Intégration et mises en relations des connaissances : *Pour un individu témoin non amputé, la commande volontaire d’un mouvement du bras commence par la pensée du mouvement au niveau du cortex cérébral. L’influx nerveux (sous forme de trains de PA codés en fréquence) est transmis, via le bulbe rachidien à la partie haute de la moelle épinière et emprunte les nerfs moteurs (motoneurones) jusqu’aux muscles du bras utiles au mouvement. Ce sont les centres nerveux (cortex cérébral et moelle) et les relais synaptiques qui intègrent les informations (reçoivent et traitent) et permettent une réponse musculaire adaptée à la volonté initiale. *Pour Cl.Mittchell : quand elle pense à bouger son bras gauche, les électrodes placées sur les muscles thoraciques, en lien avec les terminaisons nerveuses des nerfs moteurs détectent l’influx nerveux venant du cortex moteur. Un ordinateur (inséré dans le bras prothèse) intègre les signaux bioélectriques transmis et les moteurs actionnent la prothèse pour effectuer le geste pensé. *La comparaison des cartes motrices (ensemble des régions du cortex moteur activées lors d’un mouvement volontaire) montre que la représentation du corps est inversée au niveau du cerveau : l’hémisphère droit régit le côté gauche du corps et l’hémisphère gauche s’occupe du côté droit du corps. Pour un individu gaucher : la carte motrice côté droit est beaucoup plus étendue que celle du côté gauche : c’est le cas de Claudia avant son accident. Juste après l’amputation, c’est la carte motrice côté gauche qui devient plus étendue. Après la mise en place de la prothèse, la carte motrice du côté droit reprend sa taille initiale. Ces remaniements transitoires et réversibles ici, caractérisent la plasticité cérébrale (réorganisation et mise en place de nouvelles synapses) qui est liée à l’apprentissage et l’entraînement. *Conclusion : Un message nerveux issu du cortex moteur vers un muscle du bras gauche chez un individu témoin transite de l’encéphale à la moelle épinière puis aux muscles du bras qui se contractent alors et réalisent le mouvement décidé. Pour un individu amputé et muni d’une prothèse, la commande volontaire du mouvement du bras gauche passe de l’encéphale, via la moelle épinière vers les muscles pectoraux munis d’électrodes qui se contractent et provoquent le mouvement de la prothèse grâce aux différents moteurs de celle-ci. Au niveau du cortex moteur, on voit qu’il existe une spécialisation des aires de l’hémisphère opposé au membre et que l’organisation du cortex est modulable. Sujet élaboré par le Cercle d’études Lycée SVT – Académie de Montpellier - 2015 Bareme Synthèse pertinente (effort de mise en relation, d'articulation, des connaissances) Éléments scientifiques suffisants Synthèse maladroite ou partielle (peu de mise en relation, d'articulation des connaissances) Éléments scientifiques partiels Aucune synthèse Rédaction et/ou schématisation correcte(s) 8 Rédaction et/ou schématisation maladroite (s) 7 Rédaction et/ou schématisation correcte(s) 6 Rédaction et/ou schématisation maladroite (s) 5 Rédaction et/ou schématisation correcte(s) 4 Rédaction et/ou schématisation maladroite (s) 3 Rédaction et/ou schématisation correcte(s) 2 Rédaction et/ou schématisation maladroite (s) 1 Pas d’éléments scientifiques (connaissances) répondant à la question traitée Sujet élaboré par le Cercle d’études Lycée SVT – Académie de Montpellier - 2015 0