4. Traitement de l information

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1 4. Traitement de l information 4.1 Le système nerveux humain Chez l Homme, les cellules nerveuses sont organisées en un système nerveux complexe (figure 24), anatomiquement subdivisé en un système nerveux central (SNC) et un système nerveux périphérique (SNP). Le système nerveux central se compose du cerveau et de la moelle épinière. Le système nerveux périphérique se compose des ganglions et des nerfs qui relient le système nerveux central à l ensemble du corps. Dans le SNP, on distingue les nerfs crâniens et les nerfs spinaux. Les nerfs crâniens relient le cerveau à la tête et au cou. Les nerfs spinaux sortent de la moelle épinière entre les vertèbres et innervent le tronc et les extrémités. Les nerfs sont des faisceaux d axones myélinisés dans une gaine de tissu conjonctif. Les axones qui transmettent des potentiels d action vers le SNC sont appelés fibres sensorielles, car ces informations proviennent des organes des sens et peuvent aboutir à des perceptions sensorielles conscientes. D autres Figure 24 : Vue d ensemble du système nerveux fibres sensorielles renseignent le système nerveux central sur les divers états physiologiques de l intérieur du corps, ans qu on en ait conscience. Les axones qui conduisent l information du SNC aux organes effecteurs s appellent fibres motrices, car l activation de ces fibres déclenche la contraction des muscles squelettiques et permet la réalisation de mouvements volontaires. D autres fibres nerveuses contrôlent des activités qui ne sont pas volontaires, comme le rythme cardiaque ou le flux de salive. Un nerf est généralement constitué de fibres sensorielles et de fibres motrices. La tâche du SNC consiste en premier lieu à recevoir les informations amenés par les diverses fibres sensorielles, à les analyser et à les intégrer par des processus complexes et, selon le cas, à envoyer ensuite, par l intermédiaire des fibres motrices, les commandes appropriées aux muscles ou aux glandes. Figure 25 : Organisation fonctionnelle du système nerveux 33

2 Les fibres motrices du système nerveux périphérique, qui contrôlent des processus involontaires, comme la respiration ou la digestion, sont concentrées dans les nerfs du système nerveux végétatif (SNV) (figure 26) et innervent tous les organes internes. Le système nerveux végétatif est subdivisé en sympathique et parasympathique. Le système nerveux sympathique prépare l organisme à l action et permet des réactions de lutte ou de fuite («fight-or-flight») : lors de son activation, les fréquences cardiaque et respiratoire s accélèrent, la pression sanguine augmente, le foie libère plus de glucose et l activité digestive est en grande partie suspendue. Le système nerveux végétatif parasympathique est responsable des réactions contraires : son activité vise à préparer l organisme au stockage des réserves énergétiques et induit des comportements de relaxation et de repos. L effet antagoniste des systèmes sympathiques et parasympathique repose sur des neurotransmetteurs différents. La noradrénaline des neurones sympathiques agit et excite le muscle cardiaque, mais inhibe l activité intestinale. Au contraire l acétylcholine des neurones parasympathiques ralentit la fréquence cardiaque et augmente l activité intestinale en phase de repos. Figure 26 : Système nerveux végétatif parasympathique et sympathique Questions 1. A l aide de la figure 37, expliquez quelles sont les activités du SNV qui se révèlent utiles à un sportif en pleine compétition, et quelles sont celles qui lui sont utiles lors de la phase de repos qui suit. 2. En prenant le système nerveux comme exemple, expliquez les caractéristiques propres à un système 34

3 Les centres nerveux comprennent la moelle épinière et l encéphale (cerveau) (figure 27). 4.1 La moelle épinière La moelle épinière est la partie du système nerveux central se trouvant en dessous du tronc cérébral et contenue dans les vertèbres formant la colonne vertébrale. Elle assure la liaison entre le cerveau et les nerfs rachidiens et transmet les influx nerveux du cerveau vers la périphérie, ou l inverse, grâce à des gros faisceaux ascendants ou descendants (substance blanche) Morphologie externe La moelle épinière est le prolongement du système nerveux central se trouvant sous le tronc cérébral. La moelle épinière est un cordon blanc de 1 cm de diamètre et de cm de long, pesant une trentaine de grammes. Elle donne naissance aux nerfs rachidiens et se termine par la queue de cheval ou "filum terminale" (25 cm de long), véritable réseau de ramifications. Elle descend dans le canal rachidien (qui mesure environ 70 cm), présente deux renflements correspondant à l'émergence des membres et se termine au niveau du corps de la deuxième vertèbre lombaire. C est donc à partir de ce niveau qu on Figure 27 : SNC peut effectuer une ponction lombaire, c est-à-dire un prélèvement de liquide céphalo-rachidien, sans risque de toucher la moelle épinière. Sur la totalité de sa longueur émergent, à intervalles réguliers, 31 paires de nerfs rachidiens. Ce sont les nerfs périphériques. Ils possèdent près de la moelle deux racines. La racine dorsale, sensitive, est pourvue d'un ganglion spinal dans lequel se trouvent les corps cellulaires des neurones sensitifs (cellules en T). La racine ventrale, motrice, contient les axones des neurones moteurs. Le nerf spinal est donc un nerf mixte Morphologie interne En coupe transversale, on distingue la substance grise et la substance blanche qui présentent des fonctions différentes. Mais contrairement à l'organisation de l'encéphale, au niveau médullaire, c'est la substance grise qui se trouve au centre et la blanche en périphérie (figure 28). Au centre de la substance grise se trouve le canal de l'épendyme. Il permet l'écoulement du liquide céphalorachidien. Figure 28 : Distribution des nerfs rachidiens 35

4 Figure 29 : Structure de la moelle épinière La substance grise Est un centre nerveux de réflexe, un lieu d interconnexion. Les parties les plus externes de la substance grise sont appelées les «cornes» et, selon leur position on en distingue trois (figure 30) : - Les cellules nerveuses des cornes postérieures contiennent les neurones sensitifs des nerfs rachidiens; - Les cellules nerveuses des cornes latérales renferment quand à elles les motoneurones viscéraux (involontaires); - Les cellules nerveuses des cornes antérieures contiennent les neurones moteurs dont les axones forment les nerfs rachidiens. Figure 30 : La substance grise 36

5 La substance blanche Est un lieu de transit : conduction des influx moteurs et sensitifs tant à l'intérieur de la moelle épinière que vers les centres supérieurs, cervelet et cerveau Les réflexes Toutes les informations sensorielles provenant du SNP ne sont pas forcément traitées dans le cerveau. Certaines requièrent une réponse rapide, stéréotypée et qui ne dépend que peu de l expérience. Ces influx sensoriels sont directement traités dans la moelle épinière, qui génère par elle-même une réponse motrice : c est le réflexe spinal. Par ailleurs, les réflexes régulent en permanence des fonctions de l organisme qui ne nécessitent donc aucune intervention consciente. Ainsi, il n est pas nécessaire de se «préoccuper», par exemple, de son tonus musculaire, car ce dernier est principalement régulé de manière réflexe. La position des articulations est aussi contrôlée par les réflexes. Les réflexes sont déclenchés par ce qu on appelle les arcs réflexes. Un arc réflexe est composé des éléments suivants : 1. un récepteur qui recueille le stimulus des fibres nerveuses sensitives qui transmettent ce stimulus 2. un centre réflexe 3. des fibres nerveuses motrices qui transmettent la réponse réflexe 4. un organe cible ou effecteur (par exemple un 5. groupe musculaire) Figure 31 : Un arc réflexe Dans le cas le plus simple, l information apportée par un neurone sensoriel est directement transmise à un motoneurone. C est le cas du réflexe rotulien (figure 32), et une telle connexion produit alors un réflexe monosynaptique. Figure 32 : Déroulement du réflexe rotulien 37

6 Question : 1. Chaque neurone sensoriel est également connecté au motoneurone du muscle antagoniste par un interneurone inhibiteur. A l aide de la figure 32, expliquez le rôle de cette connexion On différencie les réflexes proprioceptifs des réflexes extéroceptifs. 1. Le réflexe proprioceptif Au cours de ce réflexe le stimulus et la réponse concernent le même organe et, presque constamment, des muscles qui contiennent des fuseaux qui servent de récepteurs. Si ces derniers sont stimulés, l influx chemine vers la moelle par les fibres nerveuses où il est immédiatement transmis aux neurones moteurs de la corne antérieure, si bien qu on obtient une contraction du muscle qui a été étiré. Exemple : Le réflexe rotulien : un coup bref sur le tendon du muscle quadriceps en dessous de la rotule déclenche un raccourcissement de ce muscle. L articulation du genou qui était auparavant fléchie sera brusquement étendue. Figure 33 : Le réflexe proprioceptif 2. Le réflexe extéroceptif Lors de ces réflexes le stimulus et la réponse sont situés sur des organes différents. Les stimulations qui déclenchent ce réflexe sont issues de récepteurs cutanés qui sont sensibles à la pression, à la douleur, à la température. C'est donc un réflexe extrinsèque (le déclenchement du réflexe provient de l'extérieur du corps). Ces récepteurs, lorsqu'ils sont activés, provoquent le retrait du membre afin d'éviter toute lésion. Par exemple lorsqu'on marche sur une épine : la piqûre est détectée par la peau, le récepteur est innervé par des neurones afférents projetant leurs fibres dans la moelle épinière mais dont le corps cellulaire est dans le ganglion rachidien. 38

7 A l'inverse du réflexe proprioceptif où les neurones afférents font directement synapse avec les motoneurones, les neurones sensitifs du réflexe extéroceptif contactent des neurones dits interneurones. Ceux-ci sont les intermédiaires entre les neurones extéroceptifs sensitifs et les motoneurones. Ceci fait que la jambe se tend et gagne ainsi en stabilité et rigidité pour faire face à la surcharge de poids issue de la flexion de l'autre jambe (qui est alors décollée du sol). Figure 34 : Le réflexe extéroceptif Les pathologies de la moelle épinière La Poliomyélite Terme général désignant toute atteinte inflammatoire de la substance grise de la moelle épinière. Les symptômes de la poliomyélite (polio, gris; myélite, inflammation de la moelle épinière) proviennent de la destruction des neurones moteurs de la corne antérieure par le virus de la poliomyélite (poliovirus, virus à ARN). La poliomyélite est très contagieuse et se transmet facilement par contact interhumain. Des particules virales sont excrétées dans les fèces durant plusieurs semaines après l'infection initiale. La transmission de la maladie est ainsi essentiellement digestive par voie oro-fécale, via l'ingestion d'aliments ou d'eau contaminés. Occasionnellement, la maladie peut être transmise par voie oro-orale via la salive. Les premiers symptômes de la maladie sont de la fièvre, des maux de tête, des douleurs et une faiblesse musculaire (symptômes proches de ceux de la grippe). La maladie évolue en paralysie et en atrophie musculaire. Si des neurones du bulbe rachidien sont détruits, la paralysie des muscles respiratoires ou un arrêt cardiaque peuvent causer la mort. La vaccination (vaccin Salk (1954) et Sabin(1961)) a permis de contrôler la maladie. Lésions Tout sectionnement transversal de la moelle épinière quel qu en soit le niveau, entraîne une perte de la sensibilité et de la motricité dans les régions situées au-dessous de la lésion. Si le sectionnement se produit entre la première vertèbre thoracique (T 1 ) et la première vertèbre lombaire (L 1 ), les deux membres inférieurs sont touchés : c est la paraplégie. Si, par ailleurs, le sectionnement se produit dans la région cervicale, les quatre membres sont touchés : c est la tétraplégie (quadriplégie). L hémiplégie, la paralysie d un côté du corps, est généralement provoquée par une lésion de l une des aires motrices du cortex cérébral. 39