neurone et fibre musculaire : la communication nerveuse

Sujet élaboré par le Cercle d’études Lycée SVT – Académie de Montpellier - 2015
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 volontaire, aires motrices corticales
spécialisées, plasticité cérébrale
Le sujet est clairement présenté et compris
Les éléments scientifiques :
pertinents, complets issus des
connaissances scientifiques
acquises et / ou du document
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
Connaissances nécessaires:
*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
-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.
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
Rédaction et/ou schématisation correcte(s)
8
Rédaction et/ou schématisation maladroite (s)
7
Synthèse maladroite ou
partielle
(peu de mise en relation,
d'articulation des
connaissances)
Rédaction et/ou schématisation correcte(s)
6
Rédaction et/ou schématisation maladroite (s)
5
Éléments
scientifiques
partiels
Rédaction et/ou schématisation correcte(s)
4
Rédaction et/ou schématisation maladroite (s)
3
Aucune synthèse
Rédaction et/ou schématisation correcte(s)
2
Rédaction et/ou schématisation maladroite (s)
1
Pas d’éléments scientifiques (connaissances) répondant à la
question traitée
0