Exercices: Les récepteurs sensoriels

Associer chacun des cinq sens au type de stimulus qu'il détecte et à l'organe où se trouvent ses principaux récepteurs.

Sur l'image de l'œil en coupe, plusieurs structures sont repérées par des numéros. Écrire le nom des cinq structures indiquées et préciser dans laquelle se trouvent les cellules réceptrices de la lumière.

Expliquer ce qu'est un récepteur sensoriel et pourquoi on dit que les organes des sens sont la « porte d'entrée » de l'information dans le système nerveux.

Nommer les trois parties de l'oreille et indiquer dans laquelle se trouvent les cellules réceptrices qui transforment le son en messages nerveux.

Expliquer la différence entre stimulus et sensation, et donner un exemple de chacun à l'aide d'une tasse de chocolat chaud.

En touchant accidentellement une poêle chaude, on ressent immédiatement une douleur. Expliquer quels récepteurs de la peau nous avertissent du danger et pourquoi cette sensation, bien que désagréable, est utile à l'organisme.

Indiquer si ces affirmations sont vraies ou fausses et justifier la réponse : a) chaque saveur est perçue uniquement dans une zone précise de la langue ; b) les cellules olfactives sont situées dans les fosses nasales ; c) l'information des sens parvient au cerveau par les nerfs.

Expliquer ce qu'est le tympan, où il se trouve et ce qui lui arrive lorsque les ondes sonores l'atteignent.

Décrire le trajet suivi par l'information lumineuse depuis l'entrée dans l'œil de la lumière provenant d'un objet jusqu'à la formation de l'image, en nommant les structures traversées et l'endroit où elle est convertie en message nerveux.

Quand vous passez d'une pièce sombre à une rue très ensoleillée, vous êtes ébloui pendant quelques secondes. Expliquer quelle structure de l'œil règle la quantité de lumière qui entre, comment elle agit dans cette situation et comment s'appelle ce mécanisme d'adaptation.

Les papilles gustatives et les cellules olfactives collaborent quand nous mangeons : c'est pourquoi, avec le nez bouché, une pomme et un oignon crus ont presque le même « goût ». Expliquer ce qu'apporte chaque sens à la perception de la saveur des aliments.

Décrire le trajet suivi par un son depuis son entrée par le pavillon de l'oreille jusqu'à son interprétation par le cerveau, en nommant les structures qui le transmettent et l'endroit où il est transformé en message nerveux.

Dans la pénombre, nous voyons avec peu de détails et pratiquement sans couleurs. Sachant que la rétine possède deux types de cellules réceptrices, les unes très sensibles à la lumière faible et les autres spécialisées dans les couleurs, expliquer pourquoi.

En plongée ou au décollage d'un avion, on ressent une pression dans les oreilles, qui s'atténue lorsqu'on avale ou qu'on bâille. Expliquer quel conduit relie la gorge à l'oreille moyenne et quel est son rôle dans ces situations.

Beaucoup de personnes âgées éloignent le journal pour le lire, un trouble connu sous le nom de « presbytie ». Expliquer quelle structure de l'œil perd de sa souplesse avec l'âge et pourquoi cela gêne la mise au point sur les objets proches.

Certaines personnes atteintes d'une infection de l'oreille interne ont des vertiges et perdent l'équilibre. Sachant que l'oreille interne ne capte pas seulement les sons, expliquer quelle autre information elle envoie au cerveau et quelles structures en sont chargées.

Un camarade de classe affirme : « Une personne myope ne voit pas bien de loin parce que son cristallin fait converger la lumière trop faiblement ; pour la corriger, il faut donc lui mettre une lentille convergente, qui fera converger les rayons lumineux plus fortement vers le fond de l'œil ».

1. a) Réfuter de façon argumentée l'affirmation de votre camarade en expliquant pourquoi le problème optique de la myopie n'est pas dû à un manque de convergence de la lumière.
2. b) Prévoir ce qui arriverait à la vision de loin de cette personne si elle portait des lunettes à lentilles convergentes : verrait-elle plus net ou encore plus flou ? Justifier la réponse en indiquant où se formerait le foyer par rapport à la rétine.
3. c) Justifier de quel type de lentille elle a réellement besoin et expliquer comment elle doit dévier la trajectoire des rayons lumineux avant qu'ils n'entrent dans l'œil pour corriger le défaut.

Un jeune homme consulte un médecin après avoir remarqué une perte auditive sévère due à l'usage prolongé d'écouteurs à très fort volume. Les examens révèlent que sa membrane tympanique et la chaîne des osselets sont intactes et transmettent les vibrations tout à fait normalement, mais que les mécanorécepteurs ciliés de la cochlée (oreille interne) ont été détruits.

1. a) Justifier pourquoi le patient est sourd alors que les éléments chargés de capter et de transmettre le son dans l'oreille externe et moyenne fonctionnent correctement. Distinguer dans la réponse la transmission physique des vibrations et la transduction en messages nerveux.
2. b) Le patient demande si la lésion guérira en quelques semaines avec du repos, comme cicatrise une plaie de la peau ou une déchirure du tympan. Expliquer pourquoi les médecins écartent cette possibilité en se fondant sur la capacité de régénération des cellules réceptrices comparée à celle des cellules épithéliales.
3. c) Prévoir en justifiant si une prothèse auditive classique (qui amplifie la vibration sonore dans le conduit auditif) résoudrait la perte auditive aux fréquences où les récepteurs ciliés ont complètement disparu.

Les yeux fermés, vous tenez un verre en cristal très froid qui glisse entre vos doigts. En le serrant fort pour l'empêcher de tomber, un bord ébréché vous cause une coupure superficielle au bout du doigt. Simultanément et immédiatement, vous distinguez trois sensations : le froid de l'eau, la pression que vous exercez sur le verre et la douleur de la coupure.

1. a) Identifier quel type de récepteur cutané spécifique a capté chacun de ces trois stimulus et les classer selon la nature du stimulus qu'ils détectent.
2. b) Sachant que toutes les fibres nerveuses transmettent l'information par des messages électrochimiques identiques, justifier comment l'encéphale parvient à distinguer et à interpréter en même temps les trois sensations sans confondre la douleur avec le froid ou avec la pression.
3. c) Si un anesthésique local bloquait exclusivement les nocicepteurs de la zone, prévoir quels stimulus vous continueriez à percevoir et expliquer pourquoi l'absence congénitale de douleur représente une menace grave pour la survie.

Lors d'un TP, on applique le « test de discrimination de deux points » avec un compas à pointes émoussées pour mesurer la distance minimale à partir de laquelle une personne perçoit deux contacts séparés au lieu d'un seul :

• Au bout du doigt, elle perçoit nettement deux pointes séparées de seulement 2,5 mm.

• Sur la peau du dos, on ne perçoit pas deux points distincts tant que l'écart ne dépasse pas 35,0 mm ; à des distances inférieures, on ressent un seul contact.

1. a) Interpréter ces résultats en justifiant quelles différences existent dans la densité des mécanorécepteurs et la taille de leurs champs récepteurs entre le bout des doigts et le dos.
2. b) À partir de ces données, justifier pourquoi le braille (dont les points en relief sont espacés d'environ 2,5 mm) se lit avec le bout des doigts et prévoir quelle difficulté insurmontable apparaîtrait si une personne essayait de le lire avec l'avant-bras ou le dos.
3. c) Chez les personnes aveugles qui maîtrisent le braille, les études de neuro-imagerie montrent que la zone du cortex cérébral qui traite le toucher du bout des doigts est beaucoup plus étendue que chez les personnes voyantes. Justifier ce phénomène en le reliant à la plasticité du système nerveux.

Manon s'est brûlé la langue avec un bouillon brûlant et, pendant trois jours, elle a à peine perçu les saveurs des aliments ; le quatrième jour, pourtant, elle a retrouvé le goût normalement. Ce même week-end, un proche a subi un traumatisme qui a sectionné les fibres de son nerf olfactif, lui causant une perte définitive de l'odorat.

1. a) Expliquer quelle lésion ont subie les cellules réceptrices des bourgeons du goût de Manon et justifier pourquoi le sens du goût se rétablit en quelques jours, en le comparant au cas de son proche : pourquoi le renouvellement des neurones olfactifs, qui existe aussi, ne suffit-il pas à rétablir l'odorat quand leurs fibres sont sectionnées ?
2. b) Pendant les jours où elle avait la langue brûlée, Manon a affirmé : « Comme je me suis brûlé la langue, je ne sens pas non plus l'odeur du café ». Réfuter son affirmation de façon argumentée en distinguant les chimiorécepteurs du goût de ceux de l'odorat, et expliquer pourquoi, dans la vie quotidienne, nous attribuons souvent à tort au goût des sensations qui dépendent de l'olfaction rétronasale (la saveur).

Une équipe de recherche analyse la rétine de trois espèces de vertébrés et obtient les données suivantes sur les photorécepteurs :

• Espèce A : 98 % de bâtonnets et 2 % de cônes ; grande capacité de dilatation de la pupille.

• Espèce B : 65 % de cônes (de trois types de pigments différents) et 35 % de bâtonnets.

• Espèce C : 96 % de bâtonnets et 4 % de cônes (sensibles uniquement à une bande spectrale étroite).

1. a) Déduire en justifiant laquelle de ces espèces correspond le plus probablement à un rapace nocturne (comme la chouette) et laquelle à un oiseau diurne qui se nourrit en repérant des fruits mûrs et des fleurs dans la végétation. Justifier le choix à partir du rôle des cônes et des bâtonnets.
2. b) Si l'espèce A était soudainement exposée en plein soleil à midi, prévoir quelle limitation visuelle elle connaîtrait par rapport à sa vision de nuit, en justifiant comment les bâtonnets réagissent à une forte intensité lumineuse.
3. c) Expliquer pourquoi la sélection naturelle a favorisé le fait que les prédateurs nocturnes sacrifient la discrimination des couleurs au profit de la sensibilité à la lumière faible.

Beaucoup de personnes ont le mal des transports et des nausées si elles lisent leur téléphone sur la banquette arrière d'une voiture en mouvement ; en revanche, si elles regardent fixement la route à travers le pare-brise avant ou si ce sont elles qui conduisent, elles ne ressentent aucun malaise. À l'inverse, un utilisateur qui joue assis immobile sur le canapé avec un casque de réalité virtuelle éprouve un malaise en se déplaçant visuellement sur des montagnes russes virtuelles.

1. a) Analyser les récepteurs et organes sensoriels impliqués (rétine de l'œil et appareil vestibulaire de l'oreille interne) et expliquer quelle contradiction d'information (conflit sensoriel) l'encéphale reçoit dans chacun des deux cas décrits.
2. b) Justifier pourquoi fixer le regard sur un point éloigné de l'horizon supprime le conflit sensoriel pendant un trajet en voiture.
3. c) Prévoir en justifiant si une personne dont les mécanorécepteurs des canaux semi-circulaires et des otolithes seraient entièrement détruits dans les deux oreilles aurait le mal des transports (cinétose) en voyageant sur un bateau secoué par la houle. Argumenter la réponse.

Deux patients se présentent au service d'ophtalmologie avec une perte de vision marquée :

• Patient 1 : il perçoit les images très floues, ternes et comme à travers une vitre embuée. Sa rétine et son nerf optique sont parfaitement sains, mais la lentille située derrière l'iris est devenue blanchâtre et opaque avec l'âge.

• Patient 2 : sa cornée, son cristallin et ses humeurs vitrée et aqueuse sont parfaitement transparents, mais un glaucome non contrôlé a entraîné la nécrose des fibres nerveuses qui forment le nerf optique.

1. a) Diagnostiquer la pathologie dont souffre le patient 1 en indiquant le nom de la structure altérée et expliquer comment cette altération affecte le trajet des rayons lumineux jusqu'au fond de l'œil.
2. b) L'ophtalmologue propose au patient 1 une intervention consistant à remplacer la lentille abîmée par une lentille artificielle transparente (implant intraoculaire). Prévoir et justifier si cette opération lui rendra une vision nette.
3. c) Justifier si cette même intervention chirurgicale permettrait au patient 2 de retrouver la vue, en distinguant le rôle des milieux transparents du globe oculaire de celui des voies de transmission nerveuse.