Récepteurs et effecteurs

Classer les récepteurs sensoriels selon le type de stimulus qu'ils détectent (photorécepteurs, mécanorécepteurs, chimiorécepteurs, thermorécepteurs et nocicepteurs) et donner un exemple corporel pour chacun.

Distinguer extérocepteurs, intérocepteurs et propriocepteurs, en indiquant où ils se situent et quelle information chaque type apporte.

Citer les trois types d'organes effecteurs de la fonction de relation et donner un exemple de réponse coordonnée pour chacun.

Face à un bruit brusque, les pupilles se dilatent et le cœur s'accélère, comme le résume le schéma. Indiquer quel élément de la chaîne (récepteur, centre nerveux ou effecteur) représente chaque case numérotée (1 à 4) et quelle partie du système nerveux (volontaire ou autonome) contrôle chaque étape.

Expliquer le trajet de la lumière dans l'œil (cornée, pupille, cristallin, humeur vitrée, rétine) et le rôle de chaque élément, en indiquant où se forme l'image et où elle est transformée en signal nerveux.

Distinguer les bâtonnets et les cônes de la rétine : ce que détecte chaque type (lumière faible ou couleur et détail), où il est abondant (périphérie ou fovéa) et pourquoi nous voyons en noir et blanc la nuit.

Décrire le trajet du son dans l'oreille (pavillon, conduit auditif, tympan, osselets, cochlée) et expliquer dans quelle structure les vibrations sont converties en messages nerveux.

Comparer l'œil composé d'un insecte et l'œil d'un vertébré : structure de base de chacun, type d'image formée et avantage que chaque conception offre à l'animal qui la possède.

Expliquer en quel point se forme l'image dans un œil myope et dans un œil hypermétrope (devant ou derrière la rétine), quel type de lentille corrige chaque défaut (divergente ou convergente) et quels facteurs sont liés à l'augmentation de la myopie chez les jeunes (travail de près, peu d'heures passées en plein air).

La rétine humaine trichromate normale possède trois types de cônes dont les photopigments (opsines) ont des maxima d'absorption à des longueurs d'onde différentes : S (bleu, ~420 nm), M (vert, ~530 nm) et L (rouge, ~560 nm). Les gènes codant les opsines M et L sont situés en tandem sur le chromosome X.

1. a) Un individu atteint de deutéranopie est totalement dépourvu d'opsine M fonctionnelle. Si l'on lui projette deux faisceaux lumineux de même radiance, l'un à 540 nm et l'autre à 565 nm, déduire et justifier si son cortex visuel pourra les distinguer comme deux couleurs différentes par comparaison des signaux entre cônes, ou s'il les percevra comme des teintes indiscernables.
2. b) Dans une population à l'équilibre génétique, la prévalence du daltonisme lié au chromosome X chez les hommes est de 6,0 % (0,06). Calculer en justifiant la fréquence allélique attendue, le pourcentage de femmes daltoniennes et le pourcentage de femmes conductrices ayant une vision phénotypiquement normale.
3. c) Une femme à la vision normale dont le père est daltonien a des enfants avec un homme à la vision normale. Justifier la probabilité que leurs fils et leurs filles soient daltoniens. Pourquoi, en raison du processus d'inactivation aléatoire du chromosome X (lyonisation), les femmes conductrices peuvent-elles présenter une mosaïque cellulaire dans la rétine sans manifester de cécité des couleurs cliniquement avérée ?

Distinguer le goût et l'odorat, et expliquer pourquoi, lors d'un gros rhume, les aliments « n'ont plus aucun goût », en s'appuyant sur l'olfaction rétronasale et sur la notion de saveur comme combinaison des deux sens.

La peau contient plusieurs types de récepteurs (toucher, pression, température et douleur). Expliquer quel avantage procure cette intégration sensorielle et décrire ce qui se passe quand on touche en même temps quelque chose de froid, de rugueux et de piquant.

Les nocicepteurs nous avertissent d'une lésion. Expliquer le rôle protecteur de la douleur et justifier pourquoi les personnes atteintes d'insensibilité congénitale à la douleur subissent des brûlures, des fractures et des infections qu'elles ne détectent pas à temps.

Le bout des doigts distingue deux piqûres espacées d'un millimètre ; le dos, seulement si elles sont espacées de plusieurs centimètres. Expliquer le test de discrimination de deux points, ce qui le détermine (densité de récepteurs et territoire cortical) et ce qu'il révèle de la sensibilité de chaque zone.

Qu'est-ce que l'homoncule sensoriel ? Expliquer comment le corps est représenté dans le cortex somatosensoriel, pourquoi les lèvres et les mains occupent un territoire bien plus grand que le dos ou les cuisses, et ce que cela signifie quant à l'importance de chaque zone pour le toucher.

Un patient amputé du bras gauche au-dessus du coude présente une expérience sensorielle frappante : lorsqu'on touche sa joue gauche avec un coton-tige, les yeux fermés, il affirme sentir nettement des caresses sur le pouce et l'index de sa main gauche amputée. De plus, il souffre de douleurs intenses car il sent sa main fantôme fermée en un poing rigide et crispé, les ongles enfoncés dans la paume.

1. a) En s'appuyant sur la distribution de l'homoncule somatosensoriel de Penfield dans le cortex pariétal, expliquer pourquoi la stimulation tactile du visage déclenche des sensations dans les doigts de la main absente. Quel phénomène de neuroplasticité et de réorganisation corticale sous-tend cette observation ?
2. b) Le cerveau du patient continue d'envoyer des ordres moteurs à la main pour ouvrir le poing, mais ne reçoit aucun signal proprioceptif en retour, ce qui entretient une boucle de douleur. Concevoir un protocole de thérapie par miroir (boîte à miroir de Ramachandran) et prévoir quel signal visuel le patient doit produire pour tromper son cortex sensorimoteur et soulager le spasme fantôme.

Nommer les cinq sens « classiques » et ajouter au moins deux sens internes moins connus (équilibre, proprioception, faim, soif, douleur viscérale), en indiquant quelle information chacun apporte.

L'oreille interne est aussi l'organe de l'équilibre. Expliquer ce que détectent les canaux semi-circulaires et l'utricule (rotations et accélérations, position de la tête) et pourquoi le mal de mer sur un bateau résulte d'un conflit entre ce que perçoit la vue et ce que perçoit l'oreille interne (cinétose).

Une équipe d'éthologues étudie les mécanismes sensoriels de deux prédateurs à l'aide de montages expérimentaux :

• Expérience 1 : un requin nage dans un bassin avec du sable. Il attaque avec précision un poisson plat vivant enfoui au fond. Si le poisson est remplacé par des morceaux de viande fraîche enveloppés dans un plastique isolant imperméable à l'eau et à l'électricité, le requin passe son chemin. En revanche, si l'on enfouit sous le sable un dipôle électrique émettant un microcourant continu de 5 nV/cm (semblable à l'activité neuromusculaire branchiale de la proie) sans aucune trace chimique de nourriture, le requin se jette sur les électrodes pour les mordre.

• Expérience 2 : on observe des chauves-souris insectivores capturant des papillons de nuit dans l'obscurité. Lorsqu'on introduit des papillons de la famille des Erebidae, on constate qu'ils émettent des trains de clics ultrasonores quand ils détectent que la chauve-souris accélère ses cris d'écholocalisation ; dans ce cas, le pourcentage de captures de la chauve-souris chute de 80 %.

1. a) À partir de l'expérience 1, déduire quel récepteur sensoriel guide l'attaque finale du requin (ampoules de Lorenzini ou chimiorécepteurs olfactifs) et justifier pourquoi la barrière plastique a empêché la détection malgré l'odeur de viande.
2. b) À partir de l'expérience 2, formuler une hypothèse neurophysiologique sur la manière dont les ultrasons émis par le papillon perturbent le système d'écholocalisation de la chauve-souris et interpréter cette interaction comme un cas de coévolution sensorielle prédateur-proie.
3. c) Utiliser les deux exemples pour argumenter le concept d'« Umwelt » de Jakob von Uexküll et justifier pourquoi concevoir un piège à nuisibles en se fondant uniquement sur les capacités sensorielles humaines s'avère souvent inefficace.