Système nerveux : centres nerveux, nerfs et message nerveux

Capter, traiter, commander ; cerveau, cervelet, tronc cérébral et moelle épinière ; neurone, nerf et message nerveux ; synapse et neurotransmetteurs ; réflexe et acte volontaire ; sommeil, alcool et substances qui perturbent le système nerveux.

À propos de cette page

Cinq problèmes à partir de documents : Helmholtz et la vitesse du message dans un nerf de grenouille, le patient « Tan » de Paul Broca, les grenouilles de Robert Whytt et le réflexe, la nicotine et le circuit de la récompense, une nuit blanche comparée à l’alcool.

5 problèmes, du plus simple au plus difficile. Écris tes réponses, puis « Vérifier ».

Résoudre un problème : la méthode

Je lis chaque document et je note ce qu’il apporte : une observation, une expérience, des mesures, des chiffres.
Je suis le trajet du message : récepteur, nerf sensitif, centre nerveux, nerf moteur, effecteur.
Je repère ce qui change ou ce qui manque : une lésion, un centre détruit, une substance à la synapse, un manque de sommeil.
Je calcule quand il le faut (durée = distance ÷ vitesse, pourcentage), en écrivant l’opération.
Je conclus avec le vocabulaire du cours : aire, hémisphère, réflexe, synapse, neurotransmetteur, temps de réaction.

Problème 1 · Helmholtz mesure la vitesse du message nerveux★★★Facile

Document 1 — Une première mesure. Avant 1850, beaucoup de savants pensaient que le message nerveux allait trop vite pour être mesuré. Vers 1850, le savant allemand Hermann von Helmholtz utilise le muscle d’une patte de grenouille, encore relié à son nerf. Il excite le nerf par une petite décharge électrique et enregistre le moment où le muscle se contracte.

Document 2 — Deux points d’excitation (données arrondies pour l’exercice). Il excite le nerf d’abord près du muscle, puis 3 cm plus loin. Quand il excite le point le plus éloigné, le muscle se contracte 0,001 s plus tard.

1. Écris en mètres la distance entre les deux points excités : m
3 cm = 0,03 m.
2. Calcule la vitesse du message dans ce nerf : m/s
Vitesse = distance ÷ durée = 0,03 ÷ 0,001 = 30 m/s. Selon les essais, Helmholtz a trouvé entre 24 et 38 m/s environ.
3. Pourquoi exciter le nerf en deux points ? Le retard du muscle à se contracter est le même dans les deux mesures : la différence ne garde que le temps du trajet dans le .
La différence des deux temps ne correspond plus qu’aux 3 cm de trajet supplémentaire dans le nerf.
4. Chez l’humain, les fibres les plus rapides conduisent à environ 120 m/s : combien de fois plus vite que ce nerf de grenouille ?
120 ÷ 30 = 4.
5. À 30 m/s, combien de temps faut-il pour parcourir 0,75 m ? s
0,75 ÷ 30 = 0,025 s.

Problème 2 · Le patient « Tan » et la zone de la parole★★★Moyen

Document 1 — Un patient de l’hôpital de Bicêtre. En 1861, près de Paris, Louis Victor Leborgne a 51 ans. Il a perdu la parole vers l’âge de 30 ans : il ne prononce plus qu’une syllabe, « tan », d’où son surnom. Pourtant, il comprend ce qu’on lui dit et répond par des gestes. Plus tard, il perd peu à peu l’usage du bras et de la jambe du côté droit.

Document 2 — L’autopsie. Leborgne meurt en avril 1861. Le médecin Paul Broca examine son cerveau : il trouve une lésion à l’avant de l’un des deux hémisphères. Après avoir étudié d’autres patients semblables, il conclut en 1865 qu’une zone de l’avant de cet hémisphère est nécessaire pour parler.

1. Leborgne comprend ce qu’on lui dit : son oreille, son nerf auditif et son aire fonctionnent.
Comprendre les paroles suppose de les entendre : l’aire auditive reçoit les messages du nerf auditif.
2. Il répond par des gestes : ces mouvements volontaires partent de l’aire du cerveau.
Tout geste décidé part de l’aire motrice. Il bouge, mais ne peut pas parler : la parole dépend d’une autre zone.
3. Sa paralysie touche le côté droit du corps. Dans quel hémisphère se trouve la lésion ? l’hémisphère
Chaque hémisphère commande le côté opposé : la lésion est dans l’hémisphère gauche, ce que l’autopsie a confirmé.
4. Combien d’années Leborgne a-t-il vécu sans pouvoir parler ?
51 − 30 = 21 ans.
5. Pour Broca, la parole dépend donc d’une zone précise de la surface du cerveau, appelée le .
La surface du cerveau, le cortex, est découpée en aires spécialisées. Cette zone porte aujourd’hui le nom d’aire de Broca.

Problème 3 · Les grenouilles de Robert Whytt★★★Moyen

Document 1 — Une grenouille sans encéphale. Au XVIIIᵉ siècle, des savants cherchent ce qui commande les mouvements. En 1751, le médecin écossais Robert Whytt reprend une expérience de Stephen Hales : il retire l’encéphale d’une grenouille. Quand on pince une de ses pattes, la patte se retire.

Document 2 — Deuxième expérience. Whytt détruit ensuite la moelle épinière de la grenouille avec un fil chauffé. On a beau pincer la patte : plus aucun mouvement.

Document 3 — Une conclusion. Whytt montre aussi qu’un petit morceau de moelle épinière suffit pour que la patte se retire quand on la pince.

1. Sans encéphale, la grenouille retire encore la patte : le centre nerveux de ce mouvement n’est donc pas le .
Le cerveau a été retiré, et le mouvement se produit quand même.
2. D’après le document 2, quel centre nerveux commande ce mouvement ? la
Sans moelle épinière, le mouvement disparaît : c’est elle qui le commande.
3. Un mouvement fait sans encéphale ne peut pas être décidé : c’est un .
Involontaire, commandé par la moelle épinière : un réflexe.
4. Pour arriver jusqu’à la moelle, le message part de la peau de la patte par un nerf .
Un nerf sensitif conduit le message des récepteurs de la peau jusqu’à la moelle.
5. Il repart de la moelle vers les muscles de la patte par un nerf .
Un nerf moteur conduit l’ordre jusqu’aux muscles : c’est l’arc réflexe complet.

Problème 4 · La nicotine et le cerveau★★★Moyen

Document 1 — Ce que fait la nicotine (texte écrit pour l’exercice). Quand un fumeur inspire la fumée d’une cigarette, la nicotine passe des poumons dans le sang et atteint le cerveau en 7 à 10 secondes environ. Là, elle se fixe sur des récepteurs prévus pour l’acétylcholine : sa forme est assez proche pour les tromper. Les neurones ainsi activés libèrent à leur tour de la dopamine dans une région du cerveau appelée circuit de la récompense, celle qui donne une sensation de plaisir quand on mange, qu’on rit ou qu’on réussit quelque chose. Le cerveau associe vite le geste de fumer à ce plaisir.

Au bout de quelques heures sans cigarette, le fumeur devient irritable, anxieux, a du mal à se concentrer et ressent une forte envie de fumer, qui disparaît dès la cigarette suivante. Beaucoup de fumeurs disent fumer « pour se détendre » : en réalité, la cigarette calme une gêne que la précédente a créée.

Document 2 — Quelques chiffres. La fumée de tabac contient environ 7 000 substances chimiques, dont 70 sont cancérogènes (elles provoquent des cancers). Santé publique France estime à environ 68 000 le nombre de décès dus au tabac en France en 2023.

1. La nicotine se fixe sur des récepteurs de neurones. À quel endroit se trouvent ces récepteurs ? à la
Les récepteurs de l’acétylcholine sont sur la cellule qui suit une synapse : c’est là que la nicotine agit.
2. L’acétylcholine et la dopamine sont des .
Ce sont des neurotransmetteurs, libérés à la synapse.
3. L’irritabilité et l’envie de fumer ressenties après quelques heures sans cigarette forment le .
C’est le manque, signe que la substance a déréglé le fonctionnement des synapses.
4. Quel pourcentage des substances de la fumée est cancérogène ? %
70 ÷ 7 000 = 0,01, soit 1 %.

Problème 5 · Une nuit blanche, comme un verre de trop ?★★★Difficile

Document 1 — Une expérience. Deux chercheuses, Ann Williamson (Australie) et Anne-Marie Feyer (Nouvelle-Zélande), ont fait passer des tests à 39 volontaires : réagir à un signal, rester attentif, coordonner ses gestes. Les mêmes volontaires ont passé ces tests dans deux situations : pendant 28 heures sans dormir, et, une autre fois, après avoir bu des doses mesurées d’alcool. L’étude a été publiée en 2000.

Document 2 — Les résultats. Après 17 à 19 heures sans dormir, les résultats à certains tests sont aussi mauvais, ou pires, qu’avec 0,05 g d’alcool pour 100 mL de sang. Les temps de réponse sont jusqu’à 50 % plus longs. Plus tard dans la nuit, les résultats rejoignent ceux d’un taux deux fois plus élevé.

1. Un lycéen se lève à 7 h et ne se couche pas. À quelle heure aura-t-il passé 17 heures éveillé ? à h
7 + 17 = 24 : à minuit (0 h).
2. Convertis 0,05 g d’alcool pour 100 mL de sang en grammes par litre : g/L
1 L = 1 000 mL = 10 × 100 mL : 0,05 × 10 = 0,5 g/L, la limite légale pour un conducteur expérimenté.
3. Un temps de réponse de 0,24 s devient 50 % plus long. Il passe à s
50 % de 0,24 = 0,12 ; 0,24 + 0,12 = 0,36 s.
4. Quel centre nerveux, privé de sommeil, traite plus lentement les messages ? le
C’est le cerveau qui reçoit les messages, décide et commande : privé de sommeil, il est plus lent.
5. Pour un conducteur, la fatigue et l’alcool ont donc un effet commun : un temps de allongé.
Dans les deux cas, le temps de réaction s’allonge : la voiture parcourt plus de mètres avant le freinage.

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