Corps humain et santé
Comportements, mouvement et système nerveux
Réflexe myotatique, motricité volontaire, plasticité cérébrale
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- Identifier les éléments de l'arc réflexe myotatique et expliquer son caractère monosynaptique
- Décrire le potentiel d'action et le codage du message nerveux en fréquence
- Expliquer le fonctionnement d'une synapse chimique et l'intégration des messages par le motoneurone
- Décrire la commande du mouvement volontaire, du cortex moteur au muscle, et expliquer les effets d'une lésion
- Expliquer la plasticité cérébrale (apprentissage, récupération après un AVC) et la fragilité du cerveau
1. Le réflexe myotatique
Réponse involontaire, rapide et stéréotypée (toujours la même) d'un organe à un stimulus. Le réflexe myotatique est la contraction d'un muscle en réponse à son propre étirement. Il participe en permanence au maintien de la posture : quand tu te penches légèrement en avant, les muscles du mollet s'étirent et se contractent aussitôt pour te redresser.
L’arc réflexe myotatique (réflexe rotulien)
Une seule synapse dans la moelle entre le neurone sensoriel et le motoneurone de l'extenseur : le réflexe est monosynaptique. En parallèle, un interneurone inhibiteur empêche la contraction du muscle antagoniste.
Les cinq éléments de l’arc réflexe
| Élément | Dans le réflexe myotatique |
|---|---|
| récepteur | fuseau neuromusculaire, sensible à l'étirement du muscle |
| voie sensitive (afférente) | fibre du neurone sensoriel ; son corps cellulaire est dans le ganglion rachidien, sur la racine dorsale du nerf |
| centre nerveux | moelle épinière (substance grise) : synapse entre neurone sensoriel et motoneurone |
| voie motrice (efférente) | axone du motoneurone, qui sort par la racine ventrale |
| effecteur | le muscle étiré lui-même, qui se contracte |
Le neurone sensoriel se ramifie dans la moelle : une branche excite le motoneurone de l'extenseur ; une autre excite un interneurone inhibiteur, qui inhibe le motoneurone du muscle antagoniste (le fléchisseur). L'antagoniste se relâche et ne s'oppose pas au mouvement. Ce circuit, lui, comporte deux synapses : il est polysynaptique.
En frappant le tendon rotulien ou le tendon d'Achille avec un marteau à réflexes, le médecin teste un arc réflexe précis, associé à un étage précis de la moelle. Un réflexe aboli oriente vers une atteinte du nerf, des racines ou de l'étage médullaire correspondant ; un réflexe exagéré oriente plutôt vers une lésion des voies qui descendent du cerveau, qui normalement modèrent les réflexes. C'est l'un des premiers gestes de l'examen neurologique.
Le réflexe myotatique ne passe pas par le cerveau : son centre est la moelle épinière. C'est pourquoi il persiste chez un patient dont la moelle est sectionnée au-dessus de l'étage testé, alors que ce patient ne peut plus bouger volontairement ses jambes.
2. Le message nerveux
- Au repos, l'intérieur d'un neurone est négatif par rapport à l'extérieur : c'est le potentiel de repos, environ mV.
- Si une stimulation dépolarise la membrane au-delà d'un seuil (environ mV), il se produit un potentiel d'action (PA) : une inversion brève de la polarité, jusqu'à environ mV, qui dure de l'ordre de à ms, puis un retour au repos.
Allure d'un potentiel d'action enregistré sur un axone (abscisse en ms). Pointillés : le seuil. Une dépolarisation rapide, une repolarisation, une brève hyperpolarisation, puis le retour au potentiel de repos.
Un potentiel d'action obéit à la loi du tout ou rien : sous le seuil, rien ; au-dessus, toujours le même PA, de même amplitude. Il se propage le long de l'axone sans s'affaiblir.
L'amplitude ne peut donc pas coder l'intensité du stimulus : c'est la fréquence des potentiels d'action qui la code. Un étirement plus fort du muscle déclenche, dans le neurone sensoriel, des PA plus fréquents (plus rapprochés), pas plus grands.
Allure de la relation entre l'intensité d'un étirement (abscisse, unités arbitraires) et la fréquence des potentiels d'action dans la fibre sensorielle : nulle sous le seuil, croissante au-dessus, puis limitée (un neurone ne peut pas émettre plus de quelques centaines de PA par seconde).
Dans un sujet, dès que tu vois des enregistrements de potentiels d'action, compte-les sur une même durée et calcule une fréquence (). Écris explicitement : « l'amplitude des PA est constante ; c'est leur fréquence qui augmente avec l'intensité de la stimulation ».
3. La synapse et l’intégration des messages
Fonctionnement d’une synapse chimique
Le message électrique présynaptique est converti en message chimique (le neurotransmetteur), puis de nouveau en message électrique dans la cellule postsynaptique.
Zone de communication entre un neurone et une autre cellule (neurone, fibre musculaire), séparées par une fente synaptique d'environ nm. Plus la fréquence des PA présynaptiques est élevée, plus il y a de neurotransmetteur libéré : à la synapse, le message est codé en concentration de neurotransmetteur.
Synapses excitatrices et inhibitrices
| Type | Excitatrice | Inhibitrice |
|---|---|---|
| effet sur la cellule postsynaptique | dépolarisation : potentiel postsynaptique excitateur (PPSE) | hyperpolarisation : potentiel postsynaptique inhibiteur (PPSI) |
| exemples de neurotransmetteurs | glutamate ; acétylcholine à la jonction neuromusculaire | GABA, glycine |
| conséquence | rapproche le neurone du seuil | éloigne le neurone du seuil |
Un motoneurone reçoit des milliers de synapses, excitatrices et inhibitrices. Les potentiels postsynaptiques, eux, sont gradués (leur amplitude dépend de la quantité de neurotransmetteur) et s'additionnent :
- sommation spatiale : des PPS arrivant en même temps par des synapses différentes ;
- sommation temporelle : des PPS arrivant très rapprochés par une même synapse.
Si la somme dépolarise le début de l'axone au-delà du seuil, le motoneurone émet des PA, à une fréquence qui dépend de cette somme. C'est l'intégration : le motoneurone « fait le bilan » des messages reçus.
Le curare, poison de flèche amérindien, se fixe sur les récepteurs à acétylcholine des fibres musculaires sans les ouvrir : le neurotransmetteur ne peut plus agir, les muscles sont paralysés (y compris le diaphragme, d'où la mort par arrêt respiratoire). Des molécules dérivées, les curares, sont utilisées chaque jour en anesthésie pour relâcher les muscles pendant une intervention — sous ventilation artificielle.
Ne confonds pas potentiel d'action (tout ou rien, amplitude constante, se propage) et potentiel postsynaptique (gradué, local, s'additionne). C'est précisément parce que les PPS sont gradués que l'intégration est possible.
4. Le mouvement volontaire
Le mouvement volontaire est commandé par les aires motrices du cortex cérébral, à l'arrière du lobe frontal. L'aire motrice primaire est organisée en carte somatotopique : chaque région du corps y est commandée par une zone précise. Cette carte est déformée (l'« homoncule moteur ») : la main et le visage, capables de mouvements fins, occupent une surface bien plus grande que le dos ou la cuisse.
La voie motrice volontaire
Les neurones du cortex moteur envoient leur axone jusque dans la moelle, où ils font synapse (directement ou par des interneurones) avec les motoneurones. Leurs axones croisent la ligne médiane au niveau du bulbe rachidien.
Les voies motrices croisent la ligne médiane : l'hémisphère gauche commande la moitié droite du corps, et inversement. Les neurones du cortex moteur ne touchent pas les muscles : ils agissent sur les motoneurones de la moelle épinière.
Le motoneurone est la voie finale commune : c'est lui seul qui commande le muscle, et il intègre à la fois les messages venus du cortex (mouvement volontaire), des fuseaux neuromusculaires (réflexe) et de nombreux interneurones.
L'IRMf détecte les zones du cerveau dont l'activité augmente pendant une tâche (elles consomment plus de dioxygène et reçoivent plus de sang). Pour l'interpréter :
- repère la tâche (quelle main bouge ? quel geste ?) et la condition témoin ;
- repère l'hémisphère et la région activés (frontal, aire motrice…) ;
- conclus en reliant : « la main droite bouge → aire motrice de l'hémisphère gauche activée → commande croisée ».
Un AVC est l'arrêt brutal de la circulation dans une partie du cerveau, par obstruction d'une artère (dans environ des cas) ou par hémorragie. Privés de dioxygène et de glucose, les neurones meurent en quelques heures. Si l'aire motrice de l'hémisphère gauche est touchée, le patient présente une paralysie de la moitié droite du corps (hémiplégie), souvent avec des troubles du langage.
En France, environ personnes font un AVC chaque année : c'est la première cause de handicap acquis de l'adulte. Visage qui s'affaisse, bras qui ne répond plus, parole troublée : il faut appeler le 15 immédiatement, car un traitement qui dissout le caillot n'est possible que dans les premières heures.
5. Un cerveau plastique… et fragile
Capacité du cerveau à modifier ses connexions (création, renforcement ou disparition de synapses) et donc ses cartes, en fonction de l'expérience. Elle est maximale chez l'enfant, mais persiste toute la vie.
- Les cartes motrices diffèrent d'un individu à l'autre, même si leur organisation générale est commune.
- L'apprentissage les remodèle : chez des volontaires qui s'entraînent quelques jours à un exercice de piano, la zone du cortex moteur qui commande les doigts s'étend (Pascual-Leone, 1995). Chez les musiciens professionnels, les zones de la main sont plus développées.
- Le manque d'usage les réduit : après une amputation ou une longue immobilisation, la zone correspondante est en partie réutilisée par les régions voisines.
Les neurones détruits par un AVC ne sont pas remplacés. Mais la rééducation exploite la plasticité : des neurones voisins ou d'autres aires motrices établissent de nouvelles connexions et prennent en charge, au moins en partie, la fonction perdue. C'est pourquoi la kinésithérapie est entreprise tôt et poursuivie longtemps : la récupération est d'autant meilleure que le membre est sollicité.
De nombreuses substances agissent sur les synapses et perturbent le fonctionnement cérébral : l'alcool (qui renforce l'inhibition par le GABA), le cannabis (dont le THC se fixe sur des récepteurs naturels du cerveau), la nicotine (qui imite l'acétylcholine), la cocaïne (qui bloque la recapture de la dopamine). Leur usage répété modifie durablement les connexions — c'est aussi de la plasticité — et peut conduire à l'addiction. Le cerveau adolescent, encore en pleine maturation, y est particulièrement sensible. Un sommeil suffisant, l'activité physique et les apprentissages entretiennent au contraire ses capacités.
Dans une question sur la plasticité, emploie les bons mots : « remaniement des connexions synaptiques », « extension / réduction de la zone corticale », « les neurones détruits ne sont pas remplacés, mais d'autres prennent le relais ». Et rappelle toujours que la plasticité diminue avec l'âge sans disparaître.
L’essentiel à retenir
- Réflexe myotatique : contraction d'un muscle en réponse à son étirement ; il maintient la posture.
- Arc réflexe : fuseau neuromusculaire → neurone sensoriel (corps dans le ganglion rachidien) → moelle épinière → motoneurone → muscle. Une seule synapse centrale : il est monosynaptique.
- Innervation réciproque : un interneurone inhibiteur relâche le muscle antagoniste.
- Le potentiel d'action est tout ou rien, d'amplitude constante ; l'intensité est codée en fréquence de PA.
- À la synapse : PA → entrée de → exocytose du neurotransmetteur → fixation sur des récepteurs-canaux → PPSE ou PPSI ; codage en concentration.
- Le motoneurone intègre (sommations spatiale et temporelle) ; il est la voie finale commune.
- Mouvement volontaire : aire motrice primaire (carte somatotopique) → croisement dans le bulbe → motoneurones. L'hémisphère gauche commande le côté droit.
- Plasticité : les cartes motrices changent avec l'apprentissage et permettent une récupération partielle après un AVC ; elle persiste toute la vie en diminuant.
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