Comportements, mouvement et système nerveux
Cours · SVT (terminale), chapitre 11 · terminale, spécialité sciences de la vie et de la Terre · le début du chapitre, la suite sur Adloun
Du simple retrait de la main face à une source de chaleur jusqu'à l'exécution d'un geste sportif appris après des années d'entraînement, nos comportements moteurs reposent sur le fonctionnement intégré du système nerveux. Celui-ci collecte des informations grâce à des récepteurs sensoriels, les conduit sous forme de messages nerveux, les traite au niveau de centres nerveux (moelle épinière, cerveau), puis commande des effecteurs musculaires.
Ce chapitre étudie d'abord un comportement moteur involontaire et stéréotypé, le réflexe myotatique, support expérimental de l'analyse de l'arc réflexe. Nous décrirons ensuite l'unité fonctionnelle du système nerveux, le neurone, ainsi que la nature électrique et chimique des messages nerveux (potentiel de repos, potentiel d'action, codage en fréquence, transmission synaptique). Nous aborderons enfin la commande corticale du mouvement volontaire, la plasticité cérébrale qui sous-tend l'apprentissage et la mémoire, et les effets de certaines substances qui perturbent le fonctionnement des synapses.
11.1 Le réflexe myotatique : un comportement moteur involontaire
11.1.1 Définition et mise en évidence
Le réflexe myotatique est la contraction réflexe d'un muscle en réponse à son propre étirement. Le réflexe rotulien, déclenché par la percussion du tendon situé sous la rotule, en est l'exemple le plus connu : le choc étire brièvement le muscle extenseur de la jambe (quadriceps), ce qui provoque sa contraction involontaire et l'extension de la jambe.
Le réflexe myotatique est une réponse motrice involontaire, rapide et stéréotypée, correspondant à la contraction d'un muscle provoquée par son propre étirement. Il participe au maintien de la posture en s'opposant en permanence à l'étirement des muscles.
Un réflexe se caractérise par sa rapidité (latence d'environ pour le réflexe rotulien), son caractère involontaire et son caractère stéréotypé (même réponse à une même stimulation).
11.1.2 L'arc réflexe : trajet de l'information
L'analyse expérimentale (sections, stimulations, enregistrements) a permis d'identifier les éléments successifs empruntés par l'information, constituant l'arc réflexe.
L'arc réflexe est l'ensemble des structures parcourues par le message nerveux lors d'un réflexe. Il comprend :
- un stimulus : l'étirement du muscle ;
- un récepteur sensoriel : le fuseau neuromusculaire, situé dans le muscle, sensible à l'étirement ;
- une voie afférente (sensitive) : le neurone sensoriel qui conduit le message vers le centre nerveux ;
- un centre nerveux : la moelle épinière (centre médullaire), où s'effectue le relais ;
- une voie efférente (motrice) : le motoneurone qui conduit le message vers l'effecteur ;
- un effecteur : le muscle qui se contracte.
Le réflexe myotatique est dit monosynaptique : la voie afférente et la voie efférente sont reliées par une seule synapse dans la moelle épinière. Ce circuit court explique la grande rapidité de la réponse.
La moelle épinière, logée dans la colonne vertébrale, présente sur une coupe transversale une zone centrale grise (corps cellulaires des neurones) en forme de papillon, entourée d'une zone blanche (axones). Les corps cellulaires des neurones sensitifs sont regroupés dans le ganglion de la racine dorsale (racine postérieure), tandis que les axones des motoneurones sortent par la racine ventrale (racine antérieure). Ce trajet a été établi expérimentalement par sections sélectives des racines (loi de Bell et Magendie).
Si l'on sectionne la racine dorsale d'un nerf rachidien, l'animal ne perçoit plus les stimulations de la zone correspondante mais conserve sa motricité : la racine dorsale est donc sensitive. Si l'on sectionne la racine ventrale, la sensibilité est conservée mais la motricité est abolie : la racine ventrale est motrice. Ces résultats prouvent la séparation des voies afférente et efférente.
11.2 Le neurone, unité fonctionnelle du système nerveux
11.2.1 Structure du neurone
Le neurone est une cellule spécialisée dans la réception, le traitement et la transmission de l'information sous forme de messages nerveux. Il comprend :
- un corps cellulaire (péricaryon) contenant le noyau ;
- des dendrites, prolongements ramifiés recevant les informations ;
- un axone, prolongement unique et souvent long conduisant le message nerveux vers d'autres cellules.
Certains axones sont entourés d'une gaine de myéline qui accélère la conduction du message nerveux.
11.2.2 Le potentiel de repos
Au repos, la membrane du neurone est polarisée : il existe une différence de potentiel électrique entre l'intérieur (négatif) et l'extérieur (positif) de la cellule.