Le système nerveux

Observer l'image du neurone. Indiquer quel numéro désigne les dendrites et lequel désigne l'axone, puis expliquer la différence entre le rôle des unes et celui de l'autre dans la transmission du message nerveux.

Expliquer quelles sont les trois parties principales d'un neurone et quel est le rôle général de chacune dans la transmission du message nerveux.

Sur l'image du neurone apparaît une enveloppe qui recouvre l'axone par tronçons. La nommer, expliquer son rôle et justifier pourquoi une maladie qui la détruit, comme la sclérose en plaques, provoque des troubles du mouvement et de la sensibilité.

Analyser comment deux toxines différentes agissent sur la synapse neuromusculaire (la jonction entre le neurone moteur et les fibres musculaires) :

• Substance X (curare) : elle se fixe sur les récepteurs du neurotransmetteur de la cellule musculaire et les bloque, empêchant le neurotransmetteur de se fixer sur eux.

• Substance Y (gaz neurotoxique) : elle détruit l'enzyme qui dégrade le neurotransmetteur après sa libération, ce qui fait qu'il reste indéfiniment dans la fente synaptique.

1. a) Prévoir ce qui arrivera à la musculature d'une personne exposée à la substance X et à celle d'une personne exposée à la substance Y (les muscles seront-ils flasques et paralysés, ou en contraction permanente et en spasme ?). Justifier la réponse d'après le fonctionnement de la synapse chimique.
2. b) Bien qu'elles agissent par des mécanismes totalement opposés sur le muscle, expliquer pourquoi ces deux substances provoquent la mort par asphyxie si elles touchent les muscles respiratoires.

Nommer les deux grandes parties du système nerveux et citer au moins deux organes qui font partie de chacune d'elles.

Classer du niveau d'organisation le plus élevé au plus faible les structures suivantes du système nerveux et expliquer le critère utilisé : neurone, encéphale, système nerveux, tissu nerveux.

Nommer les trois organes qui forment l'encéphale et indiquer une fonction caractéristique de chacun.

Expliquer quelles structures osseuses protègent l'encéphale et la moelle spinale, et pourquoi cette protection est si importante dans le cas du système nerveux.

Indiquer si ces affirmations sont vraies ou fausses et justifier la réponse : a) la moelle spinale est protégée par la colonne vertébrale ; b) les nerfs transportent uniquement l'information du corps vers le cerveau ; c) le cervelet intervient dans la coordination du mouvement et l'équilibre.

L'encéphale humain pèse environ 1,4 kg et baigne dans le liquide cérébro-spinal à l'intérieur de la cavité crânienne.

1. a) En utilisant le principe d'inertie et l'anatomie des méninges, expliquer ce qui arrive physiquement à l'encéphale dans le crâne lorsqu'un sportif subit une décélération ou un arrêt brusque de la tête (« coup du lapin »), et pourquoi cela peut provoquer une commotion cérébrale grave même sans aucune fracture osseuse.
2. b) Une entreprise conçoit un casque doté d'une coque extérieure en acier indéformable et affirme dans sa publicité : « Comme la coque extérieure ne se déforme ni ne se brise jamais, l'encéphale est protégé à 100 % contre toute commotion ». Réfuter scientifiquement cette affirmation en expliquant de quel type de protection l'encéphale a réellement besoin à l'intérieur du casque pour réduire les lésions.

Au repos complet au lit, une personne d'environ 65 kg consomme une puissance énergétique d'environ 100 watts. L'encéphale, dont la masse n'est que de 1,3 kg (2,0 % de la masse corporelle), consomme sans interruption environ 20 watts (20 % de toute l'énergie de l'organisme), aussi bien à l'état de veille que pendant le sommeil profond.

1. a) Calculer la consommation énergétique relative par kilogramme de masse de l'encéphale (watts/kg) et la comparer à la consommation énergétique relative par kilogramme du reste du corps. Combien de fois le cerveau est-il plus actif sur le plan métabolique que la moyenne du corps au repos ?
2. b) Si pendant le sommeil profond nous ne bougeons pas les muscles volontaires et ne recevons pas de stimulus conscients de l'environnement, dans quelles activités cellulaires et physiologiques l'encéphale dépense-t-il une telle quantité d'énergie ? Justifier pourquoi l'encéphale ne peut pas « s'éteindre » pendant le repos.

Si nous nous faisons une coupure à la peau, les cellules de l'épiderme se divisent activement par mitose et la plaie cicatrise en quelques jours. En revanche, si une personne subit un traumatisme qui sectionne la moelle spinale, la paralysie est le plus souvent permanente.

1. a) Un élève affirme : « Pour guérir la moelle spinale, il suffirait d'injecter des substances qui obligent les neurones survivants à se diviser par mitose pour combler le vide, exactement comme le fait la peau ». Réfuter avec deux arguments biologiques l'idée de l'élève, en tenant compte des caractéristiques cellulaires des neurones adultes et de la façon dont ils traitent l'information.
2. b) Dans les nerfs périphériques (comme ceux qui vont au bras), un axone sectionné peut se régénérer lentement si le corps cellulaire du neurone survit. Pourquoi la récupération de la fonction est-elle beaucoup plus difficile après une lésion de la moelle spinale qu'après la section d'un nerf périphérique du bras ?

Le bulbe rachidien n'intervient pas dans les décisions conscientes et pourtant une lésion à ce niveau est mortelle. Expliquer quelles fonctions automatiques du corps il régule et pourquoi on le considère comme vital.

Un motard a un accident et perd la sensibilité et le mouvement des jambes, mais ses bras restent intacts. À partir de vos connaissances sur la moelle spinale, justifier à quel endroit de la colonne vertébrale la lésion s'est probablement produite et pourquoi seuls les membres inférieurs sont touchés.

Deux patients ayant subi des lésions dans différentes parties de l'encéphale arrivent aux urgences :

• Patient 1 : il est incapable de parler et présente une paralysie motrice complète du bras et de la jambe droits, mais il comprend parfaitement ce qu'il entend et garde l'équilibre.

• Patient 2 : il parle avec une parfaite aisance et a une force normale aux quatre membres, mais il est incapable de se tenir debout sans tomber et ne peut pas coordonner des mouvements simples, comme toucher le bout de son nez avec le doigt.

1. a) Déduire dans quel hémisphère du cerveau se situe la lésion du patient 1 et justifier pourquoi la perte motrice se manifeste précisément du côté droit du corps.
2. b) Pourquoi les symptômes du patient 2 indiquent-ils que sa lésion ne se situe pas dans le cortex moteur du cerveau ? Justifier quelle autre structure de l'encéphale est touchée.

Expliquer la différence entre un nerf sensitif et un nerf moteur, et donner un exemple d'information transportée par chacun.

Décrire le trajet de l'information lors d'un mouvement volontaire simple, comme écrire son prénom sur une feuille : quel centre nerveux donne l'ordre, par où voyage le message nerveux et quels types de neurones interviennent.

Quand vous levez la main pour poser une question en classe, une réponse volontaire se met en place. Décrire le trajet suivi par l'information : quelle partie de l'encéphale décide du mouvement, quelle structure le coordonne pour qu'il soit précis, par où descend l'ordre et ce qui l'exécute à la fin.

Après une anesthésie locale chez le dentiste, la zone semble « endormie » et on ne ressent pas de douleur pendant le plombage. Expliquer ce qui arrive aux nerfs sensitifs de la zone pendant la durée de l'effet et pourquoi la sensibilité met un moment à revenir.

Expliquer ce qu'est un réflexe et en quoi il se distingue d'un acte volontaire. Donner un exemple de chacun et indiquer quelle partie du système nerveux coordonne principalement chaque type de réponse.

Expliquer la différence entre les réponses rapides que la moelle spinale coordonne directement et les décisions prises par le cerveau, et donner un exemple de la vie quotidienne pour chaque type.

Le temps de réaction est le temps écoulé entre le moment où l'on perçoit un stimulus et celui où l'on répond. Expliquer pourquoi il augmente lorsqu'on conduit en manquant de sommeil ou en regardant son téléphone, en le reliant au traitement de l'information dans le système nerveux.

Lors d'une consultation de neurologie, on explore le réflexe rotulien (coup sur le tendon sous la rotule) et la sensibilité tactile chez trois patients, et on obtient les résultats suivants :

• Patient A : lorsqu'on frappe le tendon, il étend la jambe de façon automatique et normale, mais il affirme n'avoir senti ni le contact ni le coup.

• Patient B : il sent le coup très clairement, mais sa jambe ne bouge pas de façon réflexe (bien qu'il puisse l'étendre si le médecin lui demande de le faire volontairement).

• Patient C : il ne sent rien et sa jambe ne bouge à aucun moment.

1. a) En vous appuyant sur les éléments qui constituent un arc réflexe (récepteur, neurone sensitif, moelle spinale, neurone moteur et effecteur) et sur sa connexion avec l'encéphale, déduire en justifiant à quel endroit du circuit nerveux peut se situer l'anomalie de chacun des trois patients.
2. b) Pourquoi, chez une personne en bonne santé, le pied se retire-t-il lors d'une piqûre avant qu'elle ait conscience de la douleur ?

Un piéton est sur le point d'être renversé par un véhicule et présente deux réponses successives :

• Réponse 1 (à 0,15 seconde) : il bondit sur le trottoir, évitant l'impact.

• Réponse 2 (à 10 secondes) : sa fréquence cardiaque passe de 75 à 140 battements par minute, il se met à transpirer abondamment et ses mains tremblent. Cet état se prolonge pendant près de 10 minutes.

1. a) Identifier quel système de coordination (nerveux ou endocrinien) est le principal responsable de chacune des deux réponses. Justifier le choix en reliant le temps de réaction à la manière dont le signal se propage dans chaque système.
2. b) Expliquer pourquoi la réponse 1 cesse à l'instant où le corps touche le trottoir, alors que la réponse 2 met plusieurs minutes à disparaître même si le danger est passé.