Comprendre les mécanismes du toucher

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1 Le parcours «comprendre les mécanismes du toucher» cible des informations plus théoriques afin de compléter l approche expérimentale que les enfants vont mettre en œuvre tout au long de la visite. Il se compose de plusieurs éléments, à lire, à observer, à expérimenter... > Six panneaux : P1- toucher et être touché P2- la tête et les mains P3- chaud et froid P4- garder l équilibre P5- avoir mal P6- et les animaux? L enseignant pourra choisir de demander une petite recherche documentaire lors de la visite ou d exploiter leur contenu en classe afin de répondre aux questions soulevées par les expérimentations. > L homonculus sensitif : Cette petite sculpture peut faire l objet d une discussion entre les enfants. Elle est à mettre en relation avec le test d acuité. > la maquette de la peau : Cette maquette pourra tout simplement être identifiée et observée afin de rappeler aux enfants que l organe du toucher est la peau sur toute sa surface. > Le test d acuité : Cette expérimentation permet d appréhender objectivement la notion de sensibilité; > L expérience des poids : Notre cerveau analyse et interprète ce que nous touchons et nous permet d anticiper. > Et pour finir le quiz : En fonction du niveau de la classe, l enseignant choisira l option adaptée.

2 Homonculus sensitif Descriptif À l entrée de l exposition, l homonculus sensitif est pour le moins intrigant. Homonculus, du latin «petit homme», modelé avec des mains et une tête démesurées, est une représentation des parties du corps telles qu elles se projettent sur le cortex cérébral. Chaque région du corps peut être assimilée à une aire du cortex cérébral qui reçoit et analyse les stimuli. Plus le nombre de récepteurs cutanés est important, plus l aire correspondante est développée. (extrait du panneau 2) À faire avec les élèves > Observer le personnage modelé > Essayer de comprendre ce qu il représente : pourquoi certaines zones de son corps sont-elles exagérément grandes? > Quelles sont alors les zones les plus sensibles du corps? > lire le passage du panneau 2 (mur face au couloir des gants) pour confirmer ses réponses.

3 P1 : Toucher et être touché Chacun de nos cinq sens fonctionne grâce à une partie du corps : on voit avec les yeux, on entend avec les oreilles, on sent avec le nez, on goûte avec la langue, on touche avec la peau. Par le mot «toucher», on entend souvent l action de toucher avec la main car, grâce à elle, nous explorons en permanence les formes, les matières et les textures de l espace qui nous entoure. C est en réalité par l intermédiaire de toute notre peau que nous sommes sensibles au toucher. La sensibilité cutanée est rendue possible par la présence à l intérieur de l épiderme et du derme de récepteurs microscopiques. La peau en compte environ , de plusieurs grands types. Les mécanorécepteurs réagissent à des pressions fines ou appuyées, les thermorécepteurs à la température et les nocicepteurs à la douleur. Tous ces récepteurs transforment les informations recueillies en influx nerveux électriques transmis par la moelle épinière au cortex cérébral. Ce courant circule à très grande vitesse : 40 m/s. Nous prenons alors conscience d une sensation (le doux, le piquant, le chaud, le froid ) ou nous réagissons par un réflexe, en moins de 2 millièmes de seconde. Des plantes hypersensibles Certaines plantes aussi réagissent quand elles sont touchées. La sensitive (Mimosa pudica) peut refermer ses folioles en moins de deux secondes. Dans ce cas, le stimulus cause une perte de potassium et d eau dans les cellules situées à la base des folioles. En perdant de leur volume, ces cellules entraînent le repli de toute la foliole.

4 P2 : La tête et les mains L acuité au toucher diffère d un endroit à l autre de notre corps. Ce sont les lèvres, la langue et le bout des doigts qui renferment le plus de récepteurs tactiles. Nous percevons plus de sensations à partir de nos mains que de nos pieds. Le bout de nos doigts est capable de distinguer deux points séparés de seulement deux millimètres alors que nos orteils ne perçoivent ces deux points que s ils sont écartés d au moins sept millimètres. Quant à la bouche, et notamment la langue, elle représente à elle seule un tiers de notre capital tactile. Chaque région du corps peut être assimilée à une aire du cortex cérébral qui reçoit et analyse les stimuli. Plus le nombre de récepteurs cutanés est important, plus l aire correspondante est développée. Homonculus, du latin «petit homme», modelé avec des mains et une tête démesurées, est une représentation des parties du corps telles qu elles se projettent sur le cortex cérébral. Et les vibrisses! De nombreux mammifères possèdent des vibrisses au dessus des yeux et autour de la bouche («les moustaches»), très sollicitées lors des déplacements. Gardons-nous de tailler les moustaches de notre chat : malgré sa vue performante, l animal aurait du mal à percevoir les obstacles de son environnement!

5 P3 : chaud et froid? La perception au chaud ou au froid se fait par les thermorécepteurs. Ces récepteurs se présentent comme des terminaisons nerveuses libres dans l épiderme et le derme. Ceux sensibles à des températures entre 10 et 30 C, se situent dans l épiderme ; ceux sensibles à des températures entre 35 et 45 C, se situent dans le derme. En dehors de ces limites, la sensation devient douloureuse et des récepteurs à la douleur, les «nocicepteurs thermiques», entrent alors en jeu. Entre 30 et 35 C, une saturation progressive de l activité des récepteurs permet à l organisme de s adapter à la température. Saturés, les récepteurs transmettent moins d informations : la sensibilité diminue donc. C est pourquoi, quand nous prenons un bain, la sensation de chaleur s estompe rapidement. Si nous rajoutons de l eau chaude, nous restimulons les récepteurs et ressentons à nouveau la chaleur. Mais la sensibilité thermique dépend aussi de plusieurs facteurs : - la température cutanée initiale : ainsi en se baignant, on peut avoir une sensation de froid ou de chaud selon que l on vient du soleil ou de l ombre. - la surface stimulée : nous supporterons plus facilement de plonger un pied dans l eau froide que le corps tout entier - la vitesse de changement de la température : nous ressentons davantage un brusque changement de température qu un changement progressif. Malgré leur couverture de poils, les mammifères détectent les variations de températures et contrairement à ce que l on pourrait penser ils ne sont pas insensibles au froid. Pour s en protéger, ils gonflent leurs poils, créant ainsi un coussin d air isolant. Ce phénomène est un mécanisme réflexe dû à la contraction des muscles situés à la base des poils : les poils se dressent et se produit un frisson qui réchauffe la peau. Chez l Homme, qui a perdu cette «fourrure» ancestrale, la «chair de poule» est un reliquat de ce mécanisme réflexe. Thermostat de haute précision. Les crotales sont dotés, entre les yeux et les narines, de fossettes thermosensibles où se logent des récepteurs de chaud. Directement en contact avec le milieu extérieur, ces récepteurs sont beaucoup plus sensibles que ceux des mammifères qui sont situés dans le derme. Ils permettent d apprécier des différences de température de l ordre du 1/100ème de degré. Les informations, véhiculées par le nerf trijumeau jusqu au centre optique du cerveau, permettent au serpent de construire très rapidement une image mentale de sa proie

6 P4 : garder l équilibre! Il existe une sensibilité, la proprioception, qui nous informe sur la position et les mouvements de notre corps, sans faire appel à la vue. Ainsi, il nous est possible de joindre les deux mains, sans même les regarder. A la différence du toucher, cette sensibilité ne réagit pas à une excitation extérieure, mais à une excitation provenant de récepteurs situés dans les muscles, les articulations ou les tendons : les propriocepteurs. Ils permettent au cerveau de se construire une vision interne de notre corps, que celui-ci soit en mouvement ou à l arrêt. Grâce aux informations recueillies par le cerveau, conscientes ou non, telles que la contraction des muscles, les positions relatives des différentes parties du corps, nous sommes capables de maintenir l équilibre, de corriger le tonus, de contrôler et de guider les mouvements volontaires, mais aussi d évaluer la forme d un objet dans la main. L interaction d informations proprioceptives, tactiles et visuelles, permet au gymnaste d effectuer de nombreuses figures d équilibre. Sous réserve de nombreux entraînements et répétitions des exercices à différentes vitesses et dans différentes positions! Grâce à l oreille interne L oreille interne, logée dans les parois latérales du crâne, possède en son centre une cavité baignée de liquides : le vestibule. Il abrite de nombreuses cellules ciliées qui transforment les vibrations en signaux électriques interprétables par le cerveau. Ces récepteurs sensoriels renseignent sur la position de la tête, sur ses déplacements et participent à la gestion de l équilibre et de la verticalité. Les troubles de l oreille interne peuvent conduire à des vertiges.

7 P5 : avoir mal Bien qu associée au toucher, la douleur n emprunte pas les mêmes voies que le toucher et constitue un mécanisme propre. La sensation douloureuse prend son origine dans une stimulation de récepteurs spécifiques, localisés dans la peau ou dans les tissus profonds. Ces récepteurs de la douleur sont des nocicepteurs. Certains nocicepteurs sont sensibles à des stimuli mécaniques (coupure, pincement, piqure), d autres à des stimuli thermiques (brûlures) ou chimiques. Les sensations douloureuses sont ensuite véhiculées par des fibres nerveuses jusqu à la moelle épinière où elles établissent des contacts avec des neurones. Ce sont ces neurones qui transmettent l information de la douleur au cortex cérébral. Selon le type de fibre recevant et véhiculant le message, la douleur ne sera pas identique. Certaines fibres transmettent l influx rapidement, provoquant une douleur localisée, vive mais peu durable comme l effet d une piqûre par exemple. D autres fibres véhiculent les influx plus lentement, ce qui conduit à une douleur diffuse et plus tardive. Le sens du toucher fonctionne comme un système d alarme qui nous protège tous les jours des agressions de notre environnement. C est lui qui déclenche des réflexes de protection, comme par exemple le retrait quand nous nous brûlons. La douleur est donc nécessaire, parfois vitale. C est souvent la douleur qui nous informe d une maladie et nous invite à nous soigner. Toutefois, quand elle est chronique, la douleur ne protège pas mais affaiblit l organisme. Une perception essentiellement subjective Tout le monde ne ressent pas la douleur de façon identique. En effet, le seuil de perception ainsi que l intensité de celle-ci varient selon des facteurs physiques, psychologiques, éducationnels ou culturels. Le souvenir d expériences désagréables ou la peur d avoir mal majorent souvent la perception douloureuse. Bien que le déclenchement des récepteurs de la douleur soit quasiment identique pour tous, on ne peut donc pas mesurer ou quantifier la douleur de façon universelle.

8 P6 : Et chez les animaux? Il existe une sensibilité tactile chez tous les animaux. Cette perception est essentielle dans la relation que l animal entretient avec son milieu (pour s orienter, détecter des obstacles), et avec les autres êtres vivants (pour se défendre, se nourrir et se reproduire). Des organismes très simples, comme les paramécies, sont pourvus d organes sensoriels qui ont la forme de fins filaments et assurent leur sensibilité et leur motricité. Les crustacés et insectes, enfermés dans une carapace ou une cuticule rigide et insensible, établissent un contact avec le milieu extérieur par l intermédiaire de sensilles. Ces sensilles sont réparties sur tout l animal, y compris sur les pattes et les antennes et prennent les formes variées de soies, épines, écailles Chez les mollusques, c est sur la tête que se concentrent les organes tactiles, comme par exemple la bouche et les tentacules chez l escargot. Pour les vertébrés, le siège du toucher est la peau. Qu elle soit nue ou recouverte de poils, de plumes, d écailles, la peau héberge les récepteurs du toucher, différemment répartis selon les groupes zoologiques. Chez les poissons, les récepteurs se rassemblent le long d une ligne latérale, parcourant l animal de la queue à la tête, de chaque côté du corps. Cette structure sensorielle renseigne l animal sur les variations de pression, de vitesse du courant et lui permet de détecter proies et prédateurs. Chez les oiseaux, les récepteurs du toucher sont essentiellement présents sur les pattes et surtout sur le bout du bec. Il suffit d observer une poule à la recherche de vers de terre pour comprendre que c est son bec, et non ses yeux, qui la guide vers son repas! Les mammifères, quant à eux, possèdent le sens du toucher le plus développé du règne animal. Championnes en la matière, les taupes à nez étoilé (Condylura cristata) possèdent plus de vingt appendices tactiles au bout de leur petit museau. Impossible alors de se perdre, même dans les galeries les plus sinueuses! Un élément de communication Primordial dès la naissance, le contact tactile favorise le développement du petit. Chiots, chatons et autres petits mammifères dépérissent s ils ne sont pas touchés, léchés par leur mère. Le toucher fait partie des moyens dont nous disposons pour communiquer et établir des contacts sociaux.

9 L expérience des poids Descriptif Le visiteur se trouve face à un système de 2 poids superposés (un gros + un petit) qu il doit soulever en commençant par le plus petit. Explication : Ayant pris conscience de ce que pèse le petit poids du dessus, nous estimons visuellement ce que devrait peser le grand poids du dessous. Avant de soulever celui-ci, notre cerveau s apprête donc à fournir un effort musculaire en relation avec l information visuelle. À faire avec les élèves > Soulever le petit poids du haut et soupesez-le durant quelques secondes. > Ensuite, avec la même main, soulever les deux poids ensemble..

10 Test d acuité tactile Descriptif Le test d acuité tactile est très intéressant pour comprendre que la sensibilité tactile varie en fonction des zones du corps. Le bout des doigts, très sensible, va être capable de distinguer les pointes séparées de seulement 2mm alors que la cuisse ne va percevoir qu un seule pointe. La cuisse percevra les 2 pointes si elles sont plus distantes l une de l autre. Ce test est utilisé en médecine pour déceler des pertes de sensibilité. À faire avec les élèves L enfant «testé» doit avoir les yeux bandés (ou ne pas regarder) L expérimentateur lui applique les 2 pointes à différents endroits : bouts des doigts, paume de la main, dos, bras L enfant doit dire combien de pointes il sent. Bien conclure : non pas sur la performance de l enfant mais sur les capacités différentes des zones corporelles à ressentir. Cette petite expérience peut être reprise en classe.

11 Le quizz Les bornes interactives «quizz» se déclinent en 2 versions de contenu identique : - à faire avec les mains - à faire avec les pieds Le premier écran propose le choix de la langue (=> choisir «tester ses connaissances» pour version en français). Si la langue sélectionnée n est pas le français, laissez l écran inactif quelques secondes ; le programme revient à ce 1er menu. Vous avez ensuite le choix entre le questionnaire pour les enfants et le questionnaire pour les adultes. Adultes / Animaux Q1 Les cancrelats sont utilisés en laboratoire pour faire des expériences sur le thème du toucher. R1 Vrai, l abdomen des cancrelats possède à sa base des appendices sensibles aux vibrations. Ces appendices appelés cerques réagissent tellement bien que ces animaux sont utilisés en laboratoire pour faire des expériences sur le toucher. Q2 La taupe peut percevoir des vers de terre grâce aux variations de dureté du sol. R2 Faux, dans le museau de la taupe, se trouve l organe d Eimer, un corpuscule de type «Pacini», qui perçoit les moindres vibrations dans le sol. C est de cette manière que la taupe chasse les vers de terre. Q3 Les très jeunes rats de laboratoire dépérissent s ils ne sont pas stimulés tactilement. R3 Vrai, il a été prouvé scientifiquement que sans stimulations tactiles quotidiennes, qu elles soient naturelles (léchage) ou artificielles (brossage), les bébés rats perdent du poids rapidement et finissent par dépérir.

12 Le quizz Q4 Chez les fourmis, quels sont les organes qui servent à la communication tactile? Les pattes Les antennes Les mandibules R4 Chez les fourmis, le signal tactile d antennes à antennes est très important dans le déclenchement des relations. Il est à peu près l équivalent humain du fait de se serrer la main. Q5 Chez les rongeurs, quel est l organe tactile le plus utilisé pour détecter les objets? La langue Les pattes Les vibrisses R5 Les vibrisses ou moustaches. Le cortex somatosensoriel du rat est largement dominé par la région relative aux moustaches. Chaque vibrisse a son propre territoire qui lui est exclusivement réservé à la surface du cerveau. Adultes / Physiologie Q1 La paume de la main humaine renferme le plus de corpuscules du tact. R1 Faux, les parties les plus sensibles sont les lèvres et la pulpe des doigts. Q2 Seule la surface de l aire sensitive du cerveau correspondant aux pieds est aussi grande que celle des mains. R2 Faux, il suffit de regarder «l homonculus» pour comprendre que ce sont les aires sensitives correspondant à la bouche et aux mains qui sont surdimensionnées. Q3 La langue est la zone la plus sensible du corps humain. R3 Vrai, on distingue que, sur le bout de la langue, deux points sont distants de seulement 1mm. La densité des points de tact y est la plus importante de tout le corps.

13 Le quizz Q4 A cause de quel phénomène ne percevons-nous plus le contact de nos vêtements? Insensibilité Accoutumance Adaptation R4 On parle du phénomène d accoutumance ou d habituation. Les récepteurs, pour ce type de toucher passif, s adaptent très rapidement ; ce qui explique que, lorsque nous n y prêtons pas d attention particulière, nous ne sentons plus nos vêtements ou chaussures quelques instants après les avoir mis. Q5 Quelle est, en moyenne, la surface de la peau chez un adulte? 1,2 m² 1,8 m² 2,5m² R5 La peau est un organe très important du corps humain. Elle fait en moyenne 1,8m²chez une personne adulte et peut peser jusqu à 7 kg. Adultes / Douleur Q1 La douleur est-elle un prolongement de la sensation tactile? Oui Non R1 Non, nous savons aujourd hui qu il existe des structures nerveuses qui lui sont réservées. Les récepteurs de la douleur appelés «nocicepteurs» se trouvent dans la plupart des tissus nerveux. L expérience de la douleur n est donc pas une simple modification de l expérience tactile car les récepteurs ne sont pas les mêmes. Q2 Tous les individus perçoivent la douleur de la même manière. R2 Faux, malgré un équipement quasiment identique, le seuil de perception de la douleur peut changer d une personne à l autre mais également d un jour à l autre pour une même personne. Ces variations s expliquent par des facteurs comme l anticipation anxieuse, le stress de la journée, l état de fatigue ou de santé. La douleur est, en effet, une notion essentiellement subjective.

14 Le quizz Q3 La douleur est un signal d alarme. R3 Vrai et faux. Réduire la douleur à un simple signal d alarme ne rend certainement pas compte de toutes ses dimensions. Dans le cas de douleur aiguë comme une brûlure, on peut considérer celle-ci comme un signal d alarme protecteur, mais lors de douleurs chroniques, comme dans le cas d une pathologie cancéreuse, elles épuisent le patient. «La douleur chronique ne protège pas l homme, elle le diminue». Q4 En cas de brûlure, quel est le bon geste? Mettre un corps gras Mettre de l eau froide Souffler sur la zone brûlée R4 Passer la zone sous l eau fraîche pendant au moins 15 minutes Q5 Après la cicatrisation, dans quel ordre reviennent les sensations? Douleur /Tact /Froid /Chaud Tact /Chaud / Douleur /Froid Chaud /Froid /Douleur /Tact R5 L ordre de réapparition des sensations est : la douleur, le tact, le froid puis le chaud en dernier lieu. Adultes / Aveugles Q1 Les aveugles ont-ils un sens du toucher plus développé que les voyants? Oui Non R1 Oui et non. Il est vrai que certains aveugles parviennent à des discriminations tactiles remarquables en lisant le braille par exemple, mais ces performances sont dues à un entraînement prolongé. Nous possédons tous les mêmes organes tactiles, il nous suffirait d y prêter plus d attention pour développer nos sensations. C est ce plaisir que nous espérons vous faire découvrir dans cette exposition.

15 Le quizz Q2 Un aveugle, pour écrire manuellement en braille, poinçonne son texte de gauche à droite. R2 Faux, le brailliste écrit de droite à gauche puisqu à l aide de son poinçon il marque les points braille en creux. Une fois son texte écrit, il retourne sa feuille pour la lecture qui se pratique alors de gauche à droite et en relief. Q3 Un aveugle expérimenté en lecture braille, peut lire des deux mains. R3 Vrai, l index de la main gauche repère et lit le début d une ligne pendant que l index droit achève la même ligne. Q4 Un brailliste expérimenté décode le braille 10 X moins vite qu une personne voyante qui lit. R4 Faux, même si le braille est un procédé de lecture relativement lent, un bon brailliste peut atteindre pratiquement la même vitesse de lecture qu un voyant. De plus, le braille peut être abrégé selon un code bien précis pour en accélérer la lecture mais aussi l écriture. Q5 Il existe des représentations tactiles de grands classiques de la peinture. R5 Vrai, certaines œuvres d art sont représentées par gaufrage ou thermoformage et permettent ainsi leur découverte au toucher. Quelques musées permettent ainsi une découverte tactile d une partie de leurs collections.

16 Le quizz Enfants / Le toucher Q1 Quelle est la partie de ton corps la plus sensible au toucher? La main Le pied La langue R1 C est le bout de la langue qui est le plus sensible au toucher. La main, et plus précisément le bout des doigts, est presque aussi sensible. Ce sont les deux zones du corps qui possèdent le plus de récepteurs du toucher. Q2 Laquelle de ces trois parties du corps est insensible à la piqûre? La fesse L épaule La joue R2 Une partie de la joue est effectivement insensible à la piqûre. Q3 Lorsque l on prend un bain, les zones du corps nous renseignent de manière inégale sur la température de l eau. R3 Vrai, la peau ne ressent pas partout le froid et ne réagit pas partout au chaud. Les récepteurs du froid sont plus nombreux que les récepteurs du chaud et sont répartis différemment sur le corps. Lorsque l on entre dans un bain chaud, dont on a vérifié la température avec la main, on a souvent une mauvaise surprise parce que l eau paraît beaucoup plus chaude aux autres parties du corps. Q4 Les moustaches du chat sont un organe tactile. R4 Vrai, les moustaches du chat, appelées vibrisses, sont un organe tactile et peuvent, par exemple, lui permettre d évaluer la grandeur d un espace dans lequel il voudrait s introduire. Q5 Les araignées sont sensibles aux vibrations de leur toile. R5 Vrai, par exemple, l épeire diadème est une araignée qui détecte, grâce aux récepteurs de ses pattes, les vibrations émises par ses proies capturées.

17 Le quizz Enfants / La peau Q1 Quand attrape-t on la «chair de poule»? Quand on a froid Quand on a peur Les deux R1 Les deux! Mais qu est-ce que l effet «chair de poule»? Chacun de nos poils possède un petit muscle à sa base qui lui permet de se redresser. En même temps, ce muscle fait gonfler légèrement la peau et crée ainsi de petites bosses. Ce réflexe de «chair de poule» nous vient de nos ancêtres qui étaient couverts de poils. Ils pouvaient ainsi les gonfler lorsqu ils avaient froid ou pour impressionner un adversaire, lorsqu ils avaient peur. On observe très bien ce phénomène chez les chats. Q2 Combien pèse, en moyenne, la peau chez un adulte? De 1 à 2 kg De 2 à 4 kg De 4 à 7 kg R2 De 4 à 7 kg. La peau est l organe le plus lourd du corps. Elle pèse un douzième du poids de notre corps. Si tu portais un manteau de ce poids, tu te rendrais compte à quel point ta peau est lourde. Q3 De ces trois animaux lequel a une peau râpeuse? L orque Le requin Le dauphin R3 Le requin. Le requin a une peau qui est tellement râpeuse, qu elle peut être utilisée comme papier émeri. Q4 Qui a le plus de poils? Les humains Les grands singes R4 Un être humain possède entre 3 et 5 millions de poils, autant qu un gorille ou un chimpanzé. Les poils des singes sont simplement plus longs et plus épais, mais si tu examines ta peau à la loupe, tu verras qu elle est couverte de poils petits et fins. Q5 Jusqu à quelle quantité de peau morte perdons-nous annuellement? 200 grammes 1,5 kg 4 kg R5 Nous pouvons perdre jusqu à 4 kg de peau morte en un an. En effet, nous perdons continuellement les cellules mortes qui se trouvent à la surface de notre peau. Celle-ci ne diminue pas pour autant, puisque de nouvelles cellules viennent constamment remplacer celles qui sont éliminées.