Chapitre 4. Génotype et expérience individuelle dans le fonctionnement du système nerveux
L’ESSENTIEL
Les propriétés intégratrices des centres nerveux et le fonctionnement des neurones
Les circuits neuroniques du réflexe myotatique
Le réflexe myotatique assure le tonus musculaire nécessaire au maintien de la posture. Il est défini comme la contraction d’un muscle en réponse à son propre étirement. Ainsi, le tonus musculaire correspond à une légère contraction réflexe des muscles extenseurs afin de s’opposer à l’action de la gravité sur le corps humain.
Le neurone, ou cellule nerveuse, est l’unité structurale et fonctionnelle du système nerveux : il est constitué d’un corps cellulaire contenant le noyau, de prolongements cytoplasmiques fins et courts : les dendrites, et d’un prolongement cytoplasmique long : l’axone. Les neurones communiquent entre eux par des zones de communication spécialisées appelées synapses pour former des chaînes et réseaux neuroniques.
Le réflexe myotatique repose sur trois types de populations neuronales :
◗ les neurones afférents qui ont leurs corps cellulaires dans les ganglions des racines dorsales ; les extrémités de certains de ces neurones afférents sont en liaison avec des récepteurs sensoriels : les fuseaux neuromusculaires ;
◗ les motoneurones des muscles étirés et les motoneurones des muscles antagonistes dont les axones aboutissent aux fibres musculaires effectrices ;
◗ les interneurones inhibiteurs assurant les connexions entre les neurones afférents et les motoneurones des muscles antagonistes.
Les potentiels d’action et les messages nerveux
Les potentiels d’action
Les signaux émis par les neurones sont des potentiels d’action. La genèse de potentiels d’action repose sur l’existence d’un potentiel de membrane aussi appelé potentiel de repos, propriété commune à toutes les cellules. Ce potentiel est la conséquence d’une inégale répartition de certains ions de part et d’autre de la membrane cytoplasmique.
Un potentiel d’action est une inversion transitoire de la polarisation membranaire de repos. Au cours de sa propagation le long d’une fibre, le potentiel d’action conserve toutes ses caractéristiques.
Les messages nerveux
Les messages nerveux (afférents et efférents) se traduisent au niveau d’une fibre par des trains de potentiels d’action, d’amplitude constante. Les messages nerveux sont codés par la fréquence des potentiels d’action et le nombre de fibres mises en jeu. En revanche, sur les nerfs, le message nerveux se manifeste par un potentiel global de nerf dont l’amplitude est variable et dépend du nombre de fibres constitutives du nerf recrutées lors de la stimulation.
Fonctionnement synaptique et activité nerveuse
Un message nerveux est transmis d’un neurone à d’autres neurones ou à des cellules effectrices par des synapses.
Au niveau d’une synapse, le message nerveux présynaptique, codé en fréquence de potentiels d’action (PA), est traduit en message chimique codé en concentration de neurotransmetteur. Les molécules de neurotransmetteur se fixent sur des récepteurs de la membrane post-synaptique ; cette fixation induit une modification de l’activité du neurone post-synaptique. Ce changement d’activité est à l’origine d’un nouveau message.
Le traitement des messages afférents, en réponse à la stimulation des fuseaux neuromusculairex sensibles au stimulus d’étirement à l’origine du réflexe myotatique, modifie la fréquence des potentiels d’action des motoneurones. Celle des motoneurones du muscle étiré est augmentée alors que celle des motoneurones des muscles antagonistes est diminuée, voire annulée.
Les motoneurones et les interneurones du réflexe myotatique sont en connexion avec d’autres neurones que les neurones afférents issus des fuseaux neuromusculaires.
Dans certaines limites, la stimulation d’autres récepteurs sensoriels (par exemple les récepteurs nociceptifs) ou une commande volontaire peuvent inhiber le réflexe myotatique.
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Le cortex sensoriel et la plasticité neuronale
L’information sensorielle générée à la périphérie est transmise au cortex sensoriel.
Dans le cortex somatosensoriel, chaque territoire de l’organisme est représenté. Cette représentation est déformée par rapport à la surface des territoires corporels.
Les zones corticales concernées sont constituées de neurones interconnectés et organisés en colonnes.
Des modifications de l’activité neuronale à la périphérie régulent l’organisation dynamique du cortex. Elles se traduisent par un remodelage des connexions synaptiques, témoin de la plasticité neuronale.
La neuroplasticité est une propriété générale du système nerveux central.
S’ENTRAÎNER
QCM
Pour chacune des propositions, cochez la ou les lettre(s) correspondant à la réponse exacte ; il peut ne pas y avoir de réponse.
Berck (2007-2008-2009-2010)
On étudie chez un animal anesthésié les messages nerveux afférents ou efférents à la moelle épinière que l’on enregistre aux niveaux El et E2 au cours d’un réflexe. On enregistre aussi aux niveaux E3 et E4 l’activité de deux neurones. Le dispositif expérimental est schématisé dans le document 1 ci-dessous.
DOCUMENT 1
DOCUMENT 2
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Les enregistrements en El du document 2 montrent :
A. Qu’un message nerveux est codé en fréquence de potentiels d’action.
B. Qu’un muscle même au repos possède un certain tonus.
C. Que le message nerveux au niveau de cette racine est sensitif afférent.
D. Que l’étirement est la stimulation du réflexe.
E. Que la structure A a modifié le codage en fréquence du message nerveux.
F. Que la racine postérieure est composée de plusieurs fibres nerveuses.
Les enregistrements en E2 du document 2 montrent :
A. Que la moelle épinière n’a pas transmis de message nerveux en E2.
B. Un unique potentiel d’action suite au coup sur le talon.
C. Que la racine antérieure est sensitive afférente.
D. Que la racine antérieure est ici composée au moins de deux fibres nerveuses.
E. Que la moelle épinière a traité le message sensitif afférent.
F. La fréquence des potentiels d’action du message nerveux sensitif afférent n’est pas efficace et ne permet pas à la moelle épinière de générer un message nerveux moteur efférent.
Les enregistrements en E3 du document 2 montrent :
A. Les mêmes caractéristiques qu’en El pour l’animal au repos.
B. Que le neurone en E3 n’a pas été inhibé par le message nerveux sensitif.
C. Les mêmes caractéristiques qu’en El suite au coup sur le talon.
D. Qu’il n’y a pas de synapse entre le neurone sensitif et le neurone en E3.
E. Qu’il existe une synapse entre le neurone sensitif et le neurone en E3.
F. Un aspect du rôle du centre nerveux.
Les enregistrements en E4 du document 2 montrent :
A. Les mêmes caractéristiques qu’en E3 suite au coup sur le talon.
B. Les mêmes caractéristiques qu’en El pour l’animal au repos.
C. Que la synapse entre le neurone sensitif et le neurone en E4 est inhibitrice.
D. Que le neurone en E4 est un motoneurone.
E. La propriété d’intégration de la partie B de la moelle épinière.
F. Le potentiel de membrane pour l’animal au repos.
Le réflexe myotatique :
A. Entraîne une chute de tonus des muscles antagonistes.
B. Permet de contrôler la longueur d’un muscle.
C. Est acquis au cours de la petite enfance.
D. N’est pas influençable par l’encéphale.
E. Existe sans intervention d’un centre nerveux puisque c’est un réflexe.
F. Fait appel au fonctionnement d’une seule synapse.
Trouver l’intrus dans les caractéristiques montrées par un enregistrement de l’activité d’un axone qui a été stimulé :
A. Artéfact.
B. Hyperpolarisation.
C. Dépolarisation.
D. Seuil de sensibilité.
E. Temps de latence.
F. Repolarisation.
Trouver l’intrus :
A. Étirement.
B. Muscle extenseur.
C. Fuseau neuro-musculaire.
D. Contraction.
E. Extension.
F. Flexion.
Le fuseau neuromusculaire :
A. Est unique dans un muscle.
B. Est excitable quelque soit l’intensité de l’étirement.
C. Est associé à une fibre sensitive myélinisée.
D. Transforme la stimulation mécanique en un potentiel dont l’amplitude dépend de l’étirement.
E. Permet la genèse d’un message nerveux efférent codé en fréquence de potentiels d’actions.
F. Est constitué de fibres musculaires modifiées.
Le message nerveux conduit par un nerf rachidien :
A. Peut être sensitif ou moteur.
B. Est enregistrable grâce à deux électrodes réceptrices placées en surface.
C. Répond à la loi du tout ou rien.
D. Est un signal codé en fréquence.
E. Est codé en modulation d’amplitude.
F. Ne peut pas avoir les mêmes caractéristiques qu’un message nerveux enregistré au niveau d’une fibre nerveuse myélinisée.
La transmission synaptique entre l’interneurone et le motoneurone d’un circuit neuronique de l’innervation réciproque de deux muscles antagonistes se caractérise par :
A. Une absence de neurotransmetteur puisque le motoneurone n’est pas excité.
B. Un passage de potentiels d’action avec perte d’amplitude due à la présence de la fente synaptique.
C. Une très faible fréquence de potentiels d’action présynaptiques puisque le muscle antagoniste doit se relâcher.
D. Le même neurotransmetteur qu’une synapse excitatrice mais pas les mêmes récepteurs postsynaptiques.
E. Une absence de récepteurs post-synaptiques.
F. L’exocytose d’un neurotransmetteur inhibiteur appelé GABA.
Le cortex cérébral en nombres :
A. 2 à 5mm d’épaisseur.
B. De l’ordre de la centaine de milliards de neurones.
C. 6 couches de neurones superposées.
D. La quatrième couche du cortex sensoriel comme « porte d’entrée » des informations.
E. Des corps cellulaires pouvant en moyenne faire 20 000 contacts synaptiques.
F. Un volume moyen de 1450cm3 chez l’Homme.
Les circuits neuroniques de l’aire somato-sensorielle :
A. Sont malléables.
B. Se mettent en place selon les expériences individuelles.
C. Se modifient en fonction de l’environnement.
D. Peuvent se développer dans une région parce qu’une autre région ne reçoit plus d’afférences sensitives.
E. Peuvent se développer dans une région parce que cette région est hyperstimulée par un entraînement.
F. Sont tous acquis.
DOCUMENT 3
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L’enregistrement représenté sur le document 3 ci-dessus a pu être obtenu suite à une stimulation efficace sur :
A. Une partie de cellule nerveuse.
B. Un nerf.
C. Un axone.
D. Une cellule quelconque puisque toutes les cellules possèdent un potentiel de membrane.
E. Une fibre nerveuse.
F. Une racine rachidienne.
À quelle(s) lettre(s) : A, B, C, D, E du document 3 ci-dessus correspond(ent) les termes proposés dans les questions 14 à 18.Vous cocherez F s’il ne correspond à aucune lettre.
Le potentiel de membrane :
A
B
C
D
E
F
Le potentiel d’action :
A
B
C
D
E
F
Une dépolarisation :
A
B
C
D
E
F
Une hyperpolarisation :
A
B
C
D
E
F
Un artéfact de stimulation :
A
B
C
D
E
F
L’enregistrement du document 3 permet de dire que :
A. L’amplitude du signal est de 40mV.
B. Le temps mis par ce signal pour parcourir la distance séparant les électrodes de stimulation des électrodes d’enregistrement n’est pas mesurable.
C. La valeur du potentiel de repos du nerf sur lequel a été effectuée l’expérience est de -60mV.
D. Ce signal répond à la loi du tout ou rien.
E. Que la structure sur laquelle a été effectuée l’expérience est excitable.
F. La fibre, sur laquelle a été effectuée l’expérience, est certainement myélinisée.
Une fibre myélinisée peut se trouver dans :
A. Un centre nerveux.
B. Un nerf rachidien.
C. Une racine ventrale ou antérieure.
D. Un effecteur musculaire.
E. La substance grise.
F. Une racine dorsale ou postérieure.
On isole un nerf d’insecte incluant un ganglion gris. A et B sont les deux extrémités de ce nerf. On réalise des expériences de stimulation (St) et d’enregistrement (R1) et on obtient 3 tracés numérotés 1, 2 et 3. Les montages correspondant aux deux premiers tracés sont indiqués dans le document 4 (page suivante). Le 3e tracé a été obtenu après avoir injecté du curare dans le ganglion à l’aide d’une seringue SE.
DOCUMENT 4
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La lecture du tracé 1 du document 4 montre :
A. Qu’un message nerveux s’est propagé de St jusqu’à R1.
B. Que la stimulation est bien de nature électrique.
C. Qu’il existe dans le nerf deux types de fibres conduisant le message à deux vitesses différentes.
D. Qu’il existe dans le nerf deux types de fibres conduisant le message et qu’elles sont en nombre identique dans le nerf.
E. Qu’il existe des synapses dans le ganglion.
F. Deux potentiels globaux de nerf.
La lecture du tracé 2 du document 4 montre :
A. Que la proposition A de la question n° 21 est fausse.
B. Qu’il n’existe en fait qu’un seul type de fibre dans le nerf.
C. Que le message nerveux enregistré s’est propagé dans le sens B vers A.
D. Qu’il existe des synapses dans le ganglion.
E. Que le message nerveux est unidirectionnel.
F. Que le ganglion a stoppé l’un des deux messages nerveux.
À propos du tracé 3 du document 4 :
A. Il est identique au tracé 2.
B. Il montre qu’entre la deuxième et la troisième expérience, il n’y a pas eu de variation de distance entre le stimulateur st et les électrodes réceptrices.
C. Il ne devrait pas exister, sauf l’artéfact, du fait de l’action du curare.
D. Il confirme la présence de structures ganglionnaires fonctionnant avec un principe chimique : les synapses.
E. Montre bien l’existence de deux voies nerveuses différentes comme, d’ailleurs, le tracé 1 complété par le tracé 2.
F. Ce n’est pas un potentiel d’action car l’expérience est réalisée sur un groupe de fibres.
La voie polysynaptique d’un réflexe d’extension dû à un coup de marteau au niveau du genou :
A. Comporte en fait deux synapses.
B. Existe afin de provoquer une chute de tonus du muscle fléchisseur concerné par le réflexe.
C. Entraîne le relâchement du muscle antagoniste.
D. Est constituée exactement de 4 types de neurones différents.
E. Possède deux synapses excitatrices.
F. A un fuseau neuromusculaire comme point de départ.
EFOM (2009-2010)
Le réflexe rotulien :
A. Est un réflexe polysynaptique.
B. Est déclenché par l’étirement des muscles fléchisseurs de la jambe.
C. Est un réflexe myotatique.
D. Est un réflexe à finalité posturale.
E. A pour récepteur un mécanorécepteur : le fuseau neuromusculaire.
Le potentiel de repos d’un neurone myélinisé :
A. Peut se mesurer à l’aide de deux électrodes placées en surface de l’axone.
B. Se mesure à l’aide d’une électrode de mesure intracellulaire et une électrode de référence extracellulaire.
C. A une valeur de l’ordre de + 70mV.
D. Montre que la face intracellulaire est électronégative par rapport à la face extracellulaire.
E. Est la différence de potentiel transmembranaire du neurone au repos.
Le potentiel d’action :
A. Est une inversion temporaire de la polarité membranaire.
B. Est généré pour toute stimulation supraliminaire.
C. A une amplitude fixe pour un neurone donné.
D. Est le signal élémentaire du message nerveux.
E. Toutes les réponses précédentes sont exactes.
La section de la racine antérieure d’un nerf rachidien entraîne :
A. Une anesthésie du territoire correspondant.
B. Une paralysie du territoire correspondant.
C. Une dégénérescence du bout central (partie de la racine reliée à la moelle épinière).
D. Une dégénérescence du bout périphérique.
E. La section des axones des motoneurones.
DOCUMENT 5
