TP. Arc réflexe PROTOCOLE

Transcription

1 TP. Arc réflexe Un réflexe est une réponse rapide, stéréotypée et involontaire à un stimulus déterminé. Le réflexe est généralement inné. Il permet une réaction plus rapide et décharge le cerveau. Il peut emprunter les voies somatiques ou autonomes. A. Expérience de flexion sur la grenouille Certains réflexes interviennent pour protéger l'organisme d'atteintes dangereuses. Par exemple, lorsqu'on touche un objet brûlant par inadvertance, la main s éloigne brusquement de la source de chaleur. On appelle ce type de réflexe un réflexe de retrait. L humain n est pas le seul à avoir ce type de comportement. Au XIX e siècle, le neurophysiologiste allemand Eduard Pflüger ( ) conduit des expériences sur le réflexe de retrait chez la grenouille en réponse au contact avec de l acide. Pflüger utilise pour son expérience trois types de grenouille : une grenouille intact, une grenouille dont l encéphale a été détruit et une grenouille dont l encéphale et la moelle épinière ont été détruits. Les grenouilles sont suspendues à une potence par la mâchoire inférieure. 1. Pour effectuer l expérience en ligne, rendez-vous sur la page : 2. Suivez l introduction, puis, grâce au menu réalisez les différentes expériences (stimulations d intensités croissantes, anesthésie partielle, section du nerf sciatique, destruction de le moelle épinière). Lorsque cela est possible réalisez l expérience sur les deux pattes de l animal. Présentez vos résultats dans des tableaux.? Dans votre rapport, rédigez un court texte présentant l expérience de Pflüger. L introduction présentera le but de cette expérience. Le développement s attardera sur les résultats. La conclusion comprendra une ouverture sur d autres questions. Le texte contiendra un schéma présentant un hypothétique réseau neuronal minmal. 1

2 B. Expérience de retrait chez l humain (Neurodule) : Remarque importante : Réalisez d abord la partie A complètement avant de réaliser la deuxième partie de ce TP. 1. Allez sur le site : et ouvrez l application neurodule. 2. Cliquez sur l icône arc reflexe. L écran suivant apparaît : 3. Prenez le livre (situé au coin supérieur droit de l écran) et glissez le sur les différentes parties du schéma pour connaître leur rôle. Vous pouvez aussi utiliser la fonction nomenclature (Menu : Information > Nomenclature). 4. Sélectionnez la bougie (menu : Appareil > Bougie) puis cliquez sur le bouton allumer la bougie. Observez et lisez les commentaires. 5. Afin que votre personnage réagisse correctement cliquez sur le bouton réparer et placez des neurones (bouton : placer un neurone). Corrigez si nécessaire jusqu à obtenir une réaction et un commentaire adéquat. 6. Sélectionnez la plume (menu : Appareil > Plume), et chatouillez. Observez. Lisez les commentaires. Corrigez, si nécessaire, le circuit jusqu à obtenir une réaction correcte et un commentaire indiquant un circuit adéquat.? Dans une seconde partie de votre rapport, présentez avec schéma(s) légendé(s) l arc réflexe permettant le réflexe de retrait. Discutez ensuite la phrase suivante : L encéphale, seul, possède un pouvoir intégratif. Votre discussion intégrera la réponse aux questions suivantes : a) Quel est le rôle joué par le cerveau dans l'arc réflexe que vous venez de voir? b) Où l influx se divise-t-il en 2? c) Qu'arriverait-il à la main si c'était le cerveau qui devait décider du retrait du bras lorsqu'il y a brûlure? Pourquoi? d) Pourquoi le retrait de la main arrive-t-il plus tard dans le cas de la plume? e) Quelle est, dans le cas de l arc réflexe, la fonction de la moelle? Et en général (cas de la plume)? 2

3 C. Le réflexe myotatique chez l homme A chaque instant, nous devons garder notre équilibre malgré des postures différentes, pour cela notre corps répond en permanence à des informations provenant de notre environnement mais aussi de l'intérieur de notre corps. Chez un vertébré en état de veille, on constate que ses muscles ne sont pas "mous" mais fermes et élastiques, ils ne se laissent pas étirer sans qu'apparaisse une résistance. Cet état de tension légère et de résistance se nomme le tonus musculaire. Des réflexes sont à l'origine de la posture et de son maintien. De tels réflexes mettent en jeu des muscles qui répondent à leur étirement en se contractant. On parle de réflexes myotatiques. Certains de ces réflexes sont de nature innée, d'autres peuvent être acquis par apprentissage (lors de la marche par exemple). Le réflexe rotulien L'application d'un coup sec sur le tendon sous-rotulien, attachant le quadriceps au tibia provoque l'extension de la jambe. Ce réflexe rotulien est un réflexe myotatique. Dans ce cas précis, les fibres sensorielles constituent directement une synapse à partir de la fibre motrice, et la fibre-relais est inexistante. Les récepteurs du muscle extenseur de la jambe sont stimulés par un coup porté au tendon situé juste sous le genou. L'impulsion circule au long de l'arc réflexe, et provoque la contraction de ce même muscle. Les actions réflexes sont généralement beaucoup plus complexes que celle décrite ici. Plusieurs récepteurs de types différents peuvent être stimulés instantanément, et de nombreuses séries de muscles et de glandes peuvent entrer en action, un nombre de nerfs bien supérieur aux trois décrits dans l'arc réflexe type entrant alors en jeu. Le neurone-relais permet généralement de stimuler de nombreuses autres fibres motrices. Intérêt médical : si ce réflexe existe, il est certain que les connexions sensitives et motrices entre le muscle et la moelle épinière sont intactes. En plus, ce réflexe permet de mesurer le degré d'excitabilité de la moelle épinière : quand un grand nombre d'influx sont transmis du cerveau à la moelle, les réflexes musculaires sont si actifs que le simple fait de taper sur le tendon rotulien avec le doigt provoque un important déplacement du pied; d'autre part le moelle peut subir une inhibition intense de la part du cerveau et dans ce cas on n obtient aucune réponse lorsque l on frappe le tendon. 1. Faites asseoir un camarade sur la table, les jambes doivent se balancer librement au-dessus du sol. 2. Localisez la rotule et sous celle-ci le tendon qu'il faut frapper à raide d'une règle, ni trop doucement, ni trop fortement! 3

4 3. Frappez (en visant bien!) et observez la réaction du sujet. Répétez l'expérience 3 fois. 4. Si vous avez de la difficulté à trouver le bon endroit, essayez sur l'autre genou, demandez de l'aide ou changez de sujet Demandez ensuite au sujet de tenter d'empêcher volontairement la réponse réflexe et observez le résultat.? Dans votre rapport, décrivez (ou imaginez) les réponses observées lors du test. Que constatez-vous lorsque le sujet tente d'empêcher la réponse musculaire? Quelle preuve pouvez-vous donner à l'hypothèse que cette réaction est indépendante de l'activité des centres nerveux supérieurs (cerveau)? 4

5 D. Les expériences de Sherrington (analyse de documents) En 1924, le physiologiste britannique Charles Scott Sherrington a réalisé une série d'expériences pour comprendre les mécanismes de rétractation de la patte chez le chat. Dans l'expérience ci-dessous, on modélise comment Sherrington a sectionné l'arrière de l'encéphale d'un chat anesthésié, libérant ainsi sa moelle épinière (animal décérébré) puis avait allongé l'animal sur une planche qu'il pouvait déplacer du haut vers le bas. La modélisation consiste ensuite à isoler le muscle extenseur (quadriceps crural) du membre postérieur, à la rattacher par son tendon inférieur à un dynamomètre. Ce système fixe permet de mesurer l'étirement subi et la tension développée par le muscle en réponse à cet étirement. Dans ces conditions et bien que l'animal soit décérébré, le muscle conserve son innervation. On modélise ensuite le déplacement vers le bas de la planche sur laquelle l'animal est allongé. Dans cette adaptation contemporaine et virtuelle de l'expérience de Sherrington, il a été prévu de simuler l'ajout de microélectrodes sur une fibre nerveuse sensorielle qui innerve le muscle extenseur de la patte postérieure du chat. Doc 1 Schéma du dispositif experimental utilisé par Sherrington 5

6 Doc 2 Déroulement de l expérience virtuelle Dans cette animation, la planche sur laquelle l'animal est allongé est virtuellement basculée vers le bas 3 secondes après le début de l'enregistrement et jusqu'à 8,5 secondes. Schéma gauche : tablette droite de t = 0 à t = 3s Schéma droite : tablette inclinée de t = 3 à t = 8,5s Doc 3 Mesures effectuées durant l expérience Le tracé #1 permet de suivre l'activité de la fibre nerveuse sensorielle durant l'expérience. Le tracé #2 présente la tension mesurée par le dynamomètre durant l'expérience. Le tracé #3 montre l'évolution de l'étirement du muscle durant l'expérience. 6

7 Après avoir lu attentivement les documents ci dessous, répondez aux questions suivantes : A propos de l expérience de Sherrington a. Définir brièvement un réflexe myotatique. b. Lorsque Sherrington incline vers le bas la planche sur laquelle l'animal est allongé, la réponse musculaire de la patte du chat montre que le muscle extenseur : o se relâche. o se contracte. o se relâche puis se contracte. o ni ne se relâche ni ne se contracte. c. En inclinant vers le bas la planche sur laquelle l'animal décérébré est allongé, Sherrington : o met en évidence qu'un muscle réagit de façon involontaire à son étirement. o montre que la commande volontaire permet à un muscle de réagir à son propre étirement. o met en évidence qu'un réflexe myotatique nécessite l'intervention du cerveau. o met en évidence qu'un réflexe myotatique se réalise indépendamment de l'intervention d'un centre nerveux. d. L'électroneurogramme (tracé 1) montre que lors de l'étirement du muscle : o la fréquence des potentiels d'action augmente. o l'amplitude des potentiels d'action augmente. o la fréquence et l'amplitude des potentiels d'action augmentent. o la fréquence et l'amplitude des potentiels d'action augmentent puis diminuent. e. Ainsi lorsque Sherrington incline vers le bas la planche sur laquelle l'animal est allongé, l'électroneurogramme permet de montrer que : o l'amplitude des potentiels d'action permet de coder le messager nerveux moteur. o la fréquence des potentiels d'action permet de coder le message nerveux moteur. o l'amplitude des potentiels d'action permet de coder le message nerveux sensoriel. o la fréquence des potentiels d'action permet de coder le message nerveux sensoriel. 7