Fonctionnement du Corps Humain et Système Nerveux

Ce document aborde le fonctionnement du système nerveux, en se concentrant sur les réflexes involontaires comme le réflexe myotatique, la transmission du message nerveux,et le contrôle des mouvements volontaires par le cerveau. Il couvre également la plasticité cérébrale et les perturbations dues à des substances exogènes ou àdes maladies neurodégénératives.

I. Les réflexes, des commandes nerveuses involontaires

Les réflexessont des réponses involontaires, rapides et stéréotypées à un stimulus. Le réflexe myotatique est une contraction réflexe d'un muscle en réponse à son propre étirement.

A. Mise en évidence d'une contraction réflexe : exemple du réflexe achilléen

• Des réflexes comme le réflexe achilléen ou rotulien impliquent unecontraction musculaire en réponse à un stimulus au niveau du tendon (par exemple, un coup de marteau).

• L'électromyogramme mesure l'activité électrique d'un muscle, montrant qu'une stimulation plus forte entraîne une activité électrique et une contraction musculaires plus importantes.

• Le mouvement réflexe est involontaire, rapide et stéréotypé.

B. Un contrôle réflexe de l'étirement du muscle par la moelle épinière

1) La longueur du muscle, un paramètre détectéet régulé par une boucle nerveuse

• Le réflexe myotatique met en jeu le système nerveux, composé de nerfs et de neurones (avec axones et dendrites).

• Le fuseau neuromusculaire est un récepteur qui détecte l'étirement du muscle.

• L'information est transmise à la moelle épinière via des nerfs sensitifs.

• La moelle épinière élabore une réponse transiée par des nerfs moteurs vers le muscle pour rétablir sa longueur initiale.

2) Un arc-réflexe passant par les ganglions rachidiens et la moelle épinière

• Les expériences de Magendie (1822) ont localisé les corps cellulaires des neurones sensitifs dans les ganglions rachidiens (neurones en T) et les corps cellulaires des neurones moteurs dans la substance grise de la moelle épinière.

• L'information sensitive passe par le ganglion rachidien et la racine dorsale de la moelle épinière.

• L'information motrice passe par la racine ventrale de la moelle épinière.

II. Une transmission nerveuse par des messagesélectriques et chimiques

A. Un message nerveux de nature électrique transmis le long des axones

1) Une membrane plasmique « polarisée » : existence d'un potentiel de repos

• En l'absence de stimulation, l'axone présente un potentiel derepos d'environ –70 mV, l'intérieur étant plus négatif que l'extérieur. Il s'agit d'une différence de potentiel transmembranaire.

2) Le potentiel d'action, une perturbation locale et transitoire du potentiel de repos

• Une stimulation suffisante déclenche un potentiel d'action : l'intérieur de l'axone se dépolarise brièvement (passant de –70 mV à +30 mV) avant de revenir au potentiel de repos.

• Les potentiels d'action obéissent à la « loi du tout ou rien » (apparaissent seulement si le stimulus est suffisant).

• L'intensité de la stimulation est codée en fréquence de potentiels d'action (plus l'intensité est élevée, plus la fréquence est grande).

• La gaine de myéline (formée par les cellules gliales) accélère la vitesse de conduction du message nerveux.

• Les maladies neurodégénératives comme la sclérose en plaques, caractérisées par unedémyélinisation, ralentissent la conduction nerveuse et entraînent des troubles moteurs.

III. Le cerveau, centre nerveux responsable des mouvements volontaires

Le cerveau est essentiel pour l'élaboration de messages nerveux commandant des mouvements volontaires et est un organe fragile quinécessite protection.

A. Structure et techniques d'étude du cerveau

• Le cerveau est protégé par la boîte crânienne et fait partie de l'encéphale (avec le cervelet et le tronc cérébral). L'encéphale et la moelle épinière forment le système nerveux central.

• Il est composé de substance blanche (axones) et de substance grise (corps cellulaires des neurones), cette dernière étant périphérique ou centrale.

• L'IRM (Imagerie par Résonance Magnétique) permet d'obtenir des images anatomiques et de déterminer l'activité de certaines zones (IRM fonctionnelle).

• Les aires cérébrales sont regroupées en lobes avecdes fonctions spécifiques (par exemple, le traitement visuel dans le lobe occipital, la motricité volontaire dans le lobe frontal).

B. Cortex cérébral et projection des surfaces sensorielles et motrices

• Des stimulations électriques du cortex moteur(lobe frontal) ou du cortex somatosensoriel (lobe pariétal) provoquent des mouvements ou des sensations dans des parties spécifiques du corps.

• Les homonculus moteur et somatosensoriel représentent la projection des parties du corps sur le cortex, montrant que l'étendue de la surface corticale n'est pas proportionnelle à la taille de la partie du corps, mais à sa complexité fonctionnelle.

IV. Du cortex cérébral aux muscles : élaboration du mouvement volontaire

A. Une coopération entre les aires cérébrales

L'élaboration d'un mouvement volontaire est le fruit d'une coopération entre diverses zones du cortex :

• Traitement des informations sensorielles au niveau du cortex somatosensoriel.

• Planification du mouvement au niveaudu cortex préfrontal et ajustement par l'aire prémotrice.

• Génération des messages nerveux moteurs au niveau du cortex moteur primaire.

B. Une transmission de l'information via la moelle épinière

• Les Accidents Vasculaires Cérébraux (AVC) et les lésions médullaires peuvent entraîner des déficiences motrices comme l'hémiplégie, la paraplégie ou la tétraplégie.

• Les messages moteurs volontaires transitent par les nerfs pyramidaux jusqu'à la moelle épinière.

• Une décussation (croisement) des fibres nerveuses au niveau du bulbe rachidien explique la commande controlatérale : une lésion dans un hémisphère cérébral affecte la partie opposée du corps.

• Ces fibres nerveuses entrent en contact avec les motoneurones de la moelle épinière qui commandent la contraction musculaire.

V. Le cerveau, un organe fragile à préserver

A. La plasticité cérébrale, un remodelage des réseaux neuronaux

1) Une capacité de récupération des capacités cérébrales

• La plasticité cérébrale est la capacité du cerveau à remodeler son organisation.

• En cas de lésions(AVC, amputations), des zones cérébrales intactes peuvent être recrutées pour compenser les dommages, permettant une récupération après rééducation.

• Cette capacité est également observée chez les patients ayant subi une greffe de membre, où des zones cérébrales non mobilisées peuventreprendre leur activité.

2) Implication dans le cas des situations d'apprentissage

• La plasticité cérébrale est fondamentale pour l'apprentissage.

• Des études sur les pianistes montrent que la zone cérébrale mobilisée pour la motricité fine est plus étendue chez eux.

• Cela repose sur un remaniement des réseaux de neurones et la formation de nouvelles synapses.

• La capacité de régénération dépend de l'étendue des dommages et de l'âge. Il est crucial de préserver etd'entretenir le capital neuronal.

B. Une activité cérébrale pouvant être perturbée par des substances exogènes

Les substances exogènes (alcool, tabac, drogues) perturbent la transmission synaptique :

• Elles se fixent sur les récepteurs de neurotransmetteurs, soit en compétition (comme le LSD avec la sérotonine), soit en modifiant l'action du neurotransmetteur (comme l'alcool sur les récepteurs GABA, amplifiant l'effet inhibiteur).

• Ces substances peuvent entraîner des dysfonctionnements généraux ("bad trip", flashbacks, manque de concentration) et une dépendance.

• La dépendance est liée à la sur-activation du système de récompense, augmentant la libération de dopamine,ce qui renforce le désir de renouveler la consommation.

C. Un dysfonctionnement cérébral lié à des maladies neurodégénératives

Ces maladies entraînent une perte progressive des fonctions cérébrales par la dégénérescence des neurones :

• Maladie d'Alzheimer : caractérisée par des dépôts de plaques protéiques et une réduction de zones comme l'hippocampe, entraînant des pertes de mémoire et des troubles cognitifs.

• Maladie de Parkinson : caractérisée par la dégénérescence desneurones à dopamine dans la substance noire, responsable de troubles moteurs comme les tremblements, la lenteur et la raideur.

• Ces maladies conduisent à une perte d'autonomie. La recherche vise à développer des traitements pour retarder ou prévenir leur apparition en étudiant le fonctionnement neuronal.

Conclusion : L'élaboration d'une commande motrice volontaire est un processus complexe impliquant plusieurs aires cérébrales et l'intégration d'informations sensorielles. Le cerveau est un organe fragile dont le fonctionnement peut être altéré par des maladies ou des substances. Sa plasticité luiconfère des capacités d'adaptation et de récupération importantes, soulignant l'importance de sa préservation et de son entretien.

VI. La transmission synaptique du message nerveux

Les messages nerveux sont transmis entre les neurones et vers les muscles via des synapses.

A. Organisation d'une synapse neuro-musculaire

• La synapse neuro-musculaire, ou plaque motrice, est la jonction entre un neurone moteur et une fibre musculaire.

• Ellecomprend un bouton synaptique (terminal de l'axone), une fente synaptique, et une membrane post-synaptique sur la fibre musculaire.

B. Une transmission synaptique de nature chimique

• Dans le bouton synaptique, les vésicules contiennent des neurotransmetteurs (par exemple, l'acétylcholine pour les plaques motrices).

• L'arrivée d'un potentiel d'action déclenche l'exocytose desvésicules, libérant les neurotransmetteurs dans la fente synaptique.

• Ces neurotransmetteurs se fixent sur des récepteurs-canaux spécifiques sur la membrane post-synaptique, provoquant leur ouverture et l'entrée d'ions, ce qui génère une réponse (parexemple, une contraction musculaire).

C. Mécanismes nerveux à l'origine de la contraction musculaire

• La stimulation d'un motoneurone entraîne un potentiel et une contraction musculaire.

• L'injection d'acétylcholine dans le muscle peutprovoquer une contraction.

D. Mode d'action du curare

• Le curare est un poison qui paralyse les muscles en interférant avec la transmission synaptique neuro-musculaire.

• Il se fixe sur les récepteurs àacétylcholine de la membrane post-synaptique, bloquant la fixation de l'acétylcholine et empêchant la contraction musculaire.

VII. Événements électriques du message nerveux

A. Notion de potentiel de repos et de potentiel d'action

• Le potentiel de repos est la différence de potentiel transmembranaire d'environ (intérieur négatif) de la membrane d'un neurone en l'absence de stimulation, due à une répartition inégale d'ions.

• Le potentiel d'action est une variation rapide et transitoire du potentiel de membrane suite à une stimulation. Il implique une dépolarisation (passage de à ), une repolarisation, puis une hyperpolarisation avantle retour au potentiel de repos.

B. Codage de l'intensité d'un stimulus

L'intensité d'un stimulus est codée en fréquence de potentiels d'action :

• Les potentiels d'action ontune amplitude et une durée constantes (loi du tout ou rien).

• Plus le stimulus est intense, plus la fréquence des potentiels d'action est élevée.

C. Rôle de la gaine de myéline

• La gaine de myéline, formée par les cellules gliales, entoure les axones et permet une conduction accélérée du message nerveux.

• Les zones non myélinisées sont appelées nœuds de Ranvier.

D.Origine des symptômes de la sclérose en plaques

• La sclérose en plaques est une maladie auto-immune où le système immunitaire attaque la gaine de myéline.

• La démyélinisation ralentit ou bloque la conduction du message nerveux, entraînant des troubles moteurs, visuels et de l'équilibre.

• Les "poussées" de la maladie correspondent à de nouvelles attaques du système immunitaire, laissant des séquelles.

E. Expériences de Magendie (1822)

Ces expériences ont permis de comprendre le rôle des racines dorsales et ventrales de la moelle épinière :

• Section de la racine dorsale : perte de sensibilité, motricité maintenue. Les fibres dégénèrent de part et d'autre duganglion rachidien, indiquant que les corps cellulaires des neurones sensitifs sont dans le ganglion.

• Section de la racine ventrale : perte de motricité. Les fibres dégénèrent dans la partie de la racine antérieure séparée de la moelle, indiquant que les corps cellulairesdes neurones moteurs sont dans la moelle épinière.

• Section du nerf rachidien (combinant dorsal et ventral) : perte de sensibilité et de motricité.