À propos de cette page
Ce cours de spécialité svt en terminale sur « Le cerveau et les fonctions cognitives » suit le programme officiel de spécialité svt de terminale. Il présente les définitions, les propriétés et les méthodes essentielles, accompagnées d'exemples résolus pour bien comprendre. Au programme : Organisation générale du système nerveux central, Structure et fonctionnement du neurone, La transmission synaptique, La plasticité synaptique. Chaque notion est expliquée pas à pas, puis mise en pratique grâce à des exercices interactifs, un QCM et une évaluation corrigée. Idéal pour réviser à son rythme, combler ses lacunes et progresser, en autonomie ou avec un professeur. Cours rédigé par un professeur particulier à Marseille pour aider les élèves de terminale à réussir en spécialité svt.
Au programme
1 · Organisation générale du système nerveux central
2 · Structure et fonctionnement du neurone
3 · La transmission synaptique
4 · La plasticité synaptique
5 · Les aires cérébrales et la cartographie corticale
6 · La mémoire : types et mécanismes
7 · Le langage et les autres fonctions cognitives supérieures
8 · Perturbations des fonctions cognitives
1Organisation générale du système nerveux central
Le système nerveux central (SNC) comprend l'encéphale (cerveau, cervelet, tronc cérébral) et la moelle épinière. L'encéphale est protégé par la boîte crânienne et les méninges, et baigné par le liquide céphalo-rachidien (LCR).
Définition. Le cortex cérébral est la couche externe de substance grise (2–4 mm d'épaisseur) divisée en deux hémisphères reliés par le corps calleux. Il contient environ 16 milliards de neurones.
Le cerveau est divisé en lobes : frontal (planification, langage, motricité), pariétal (intégration sensorielle), temporal (mémoire, audition) et occipital (vision). En profondeur se trouvent des structures sous-corticales cruciales : l'hippocampe (mémoire), l'amygdale (émotions), les noyaux gris centraux (ganglions de la base, motricité automatique) et le thalamus (relais sensoriel).
Astuce. Retiens la règle : substance grise = corps cellulaires des neurones ; substance blanche = axones myélinisés (fibres de communication).
Organisation des principales structures de l'encéphale.
2Structure et fonctionnement du neurone
Le neurone est la cellule de base du système nerveux. Il est composé de :
- Le corps cellulaire (soma) : contient le noyau et les organites.
- Les dendrites : prolongements courts, récepteurs des signaux entrants.
- L'axone : prolongement long (jusqu'à 1 m), couvert d'une gaine de myéline (sauf aux nœuds de Ranvier), conduit l'influx nerveux vers les synapses.
Définition. Le potentiel d'action (PA) est une dépolarisation brève et stéréotypée de la membrane axonale : le potentiel passe de −70 mV (repos) à +30 mV puis revient au repos. Il se propage de façon saltatoire de nœud en nœud sur les fibres myélinisées.
Les ions impliqués :
| Phase | Ion | Mouvement |
|---|
| Dépolarisation | Na⁺ | Entrée massive dans la cellule |
| Repolarisation | K⁺ | Sortie de la cellule |
| Hyperpolarisation | K⁺ | Sortie prolongée |
Attention ! Le PA suit la loi du tout ou rien : en dessous du seuil de dépolarisation, aucun PA n'est généré ; au-dessus, l'amplitude est toujours la même, quelle que soit l'intensité du stimulus.
3La transmission synaptique
La synapse est la zone de communication entre deux neurones (ou entre un neurone et une cellule effectrice). Elle comprend :
- Un neurone pré-synaptique avec des vésicules de neurotransmetteurs.
- Une fente synaptique (20–40 nm).
- Une membrane post-synaptique avec des récepteurs spécifiques.
Définition. Les neurotransmetteurs sont des molécules chimiques libérées dans la fente synaptique par exocytose (déclenchée par l'entrée de Ca²⁺) et qui se fixent sur les récepteurs post-synaptiques pour modifier l'excitabilité du neurone cible.
Principaux neurotransmetteurs :
| Neurotransmetteur | Rôle principal | Pathologie associée |
|---|
| Glutamate | Excitateur (SNC) | Excitotoxicité (AVC) |
| GABA | Inhibiteur (SNC) | Épilepsie, anxiété |
| Dopamine | Récompense, motricité | Parkinson, addiction |
| Sérotonine | Humeur, sommeil | Dépression |
| Acétylcholine | Motricité, mémoire | Myasthénie, Alzheimer |
Exemple. Les ISRS (antidépresseurs) bloquent la recapture de la sérotonine, augmentant sa concentration dans la fente synaptique et améliorant l'humeur.
Après sa fixation, le neurotransmetteur est éliminé par recapture (dans le neurone pré-synaptique), par dégradation enzymatique ou par diffusion.
4La plasticité synaptique
La plasticité synaptique est la capacité des synapses à modifier leur efficacité en réponse à leur activité. C'est le fondement neurobiologique de l'apprentissage et de la mémoire.
Définition — Potentialisation à long terme (PLT). La PLT (ou LTP, Long-Term Potentiation) est une augmentation durable de l'efficacité synaptique déclenchée par une stimulation répétée à haute fréquence. Elle implique le récepteur NMDA au glutamate, perméable au Ca²⁺ uniquement quand la membrane est préalablement dépolarisée (coïncidence pré- et post-synaptique).
Mécanismes cellulaires de la PLT :
- Entrée de Ca²⁺ par les récepteurs NMDA.
- Activation de protéines kinases (CaMKII).
- Insertion de nouveaux récepteurs AMPA dans la membrane post-synaptique → augmentation de la réponse au glutamate.
- À long terme : synthèse de nouvelles protéines et croissance de nouvelles épines dendritiques (plasticité structurale).
Astuce. Retiens la règle de Hebb : « les neurones qui s'activent ensemble se connectent ensemble » (Neurons that fire together, wire together).
Étapes successives de la potentialisation à long terme (PLT).
La plasticité synaptique est aussi à la base du développement cérébral postnatal : les connexions peu utilisées sont éliminées (élagage synaptique) tandis que celles sollicitées se renforcent, notamment pendant les périodes critiques (ex. : développement visuel).
Attention ! La dépression à long terme (DLT) est l'inverse de la PLT : une stimulation à basse fréquence affaiblit la synapse. PLT et DLT coexistent et assurent l'équilibre de la plasticité.
5Les aires cérébrales et la cartographie corticale
La cartographie corticale (ou représentation somato-sensorielle/motrice) est une organisation topographique du cortex : chaque région du corps est représentée dans une zone précise du cortex. Elle a été établie par stimulation électrique du cortex chez des patients éveillés (travaux de Penfield, XXe siècle) et par neuro-imagerie (IRMf) plus récemment.
| Aire corticale | Localisation | Fonction |
|---|
| Aire motrice primaire | Lobe frontal (gyrus précentral) | Commande volontaire des muscles |
| Aire somato-sensorielle primaire | Lobe pariétal (gyrus post-central) | Réception des sensations corporelles |
| Aire visuelle primaire (V1) | Lobe occipital | Traitement de l'information visuelle |
| Aire auditive primaire | Lobe temporal | Traitement des sons |
| Aire de Broca | Lobe frontal gauche | Production du langage |
| Aire de Wernicke | Lobe temporal gauche | Compréhension du langage |
Le cortex associatif (préfrontal, pariétal postérieur, temporal inférieur) intègre les informations multimodales et soutient les fonctions supérieures (mémoire de travail, prise de décision, conscience).
Exemple. L'homonculus moteur de Penfield montre que la main et le visage occupent une surface corticale disproportionnellement grande par rapport à leur taille réelle, reflétant leur haute précision motrice.
Astuce. La cartographie corticale est plasticité-dépendante : chez un musicien violoniste, la représentation corticale des doigts de la main gauche est élargie par rapport à un non-musicien.
6La mémoire : types et mécanismes
La mémoire n'est pas une entité unique : différents systèmes mnésiques, aux bases neurales distinctes, coexistent.
| Type de mémoire | Durée | Structure impliquée | Exemple |
|---|
| Mémoire sensorielle | < 1 s | Cortex sensoriel primaire | Image rémanente |
| Mémoire de travail (CT) | Quelques secondes | Cortex préfrontal | Retenir un numéro de téléphone |
| Mémoire épisodique (LT) | Jours à toute la vie | Hippocampe → cortex | Souvenir de vacances |
| Mémoire sémantique (LT) | Toute la vie | Cortex temporal | Connaissance des capitales |
| Mémoire procédurale (LT) | Toute la vie | Cervelet, noyaux gris | Faire du vélo |
Définition. La consolidation mnésique est le processus par lequel une trace mnésique à court terme devient stable à long terme. Elle nécessite une répétition des activations (PLT) et est fortement dépendante du sommeil (notamment le sommeil lent profond pour la mémoire déclarative et le sommeil paradoxal pour la mémoire procédurale).
Le rôle clé de l'hippocampe a été mis en évidence par le cas H.M. (Henry Molaison) : après ablation bilatérale de l'hippocampe, il ne pouvait plus former de nouveaux souvenirs épisodiques (amnésie antérograde), mais conservait ses souvenirs anciens et sa mémoire procédurale.
Étapes de la consolidation mnésique : de l'encodage au stockage cortical durable.
7Le langage et les autres fonctions cognitives supérieures
Le langage est une fonction cognitive supérieure propre à l'espèce humaine. Il repose sur deux aires corticales principales, situées dans l'hémisphère gauche (dominant pour le langage chez 95 % des droitiers) :
- Aire de Broca (lobe frontal gauche, aire 44/45 de Brodmann) : production du langage, structure grammaticale. Sa lésion provoque une aphasie de Broca : le patient comprend mais ne peut pas s'exprimer correctement (langage haché, agrammatisme).
- Aire de Wernicke (lobe temporal gauche, aire 22) : compréhension du langage. Sa lésion provoque une aphasie de Wernicke : le patient parle couramment mais de façon incohérente et ne comprend pas ce qu'on lui dit.
Ces deux aires sont reliées par le faisceau arqué. L'aphasie de conduction (lésion du faisceau arqué) altère la répétition tout en épargnant relativement la production et la compréhension.
Exemple. L'IRMf montre que lors de la lecture à voix haute, sont successivement activées : l'aire visuelle (V1), l'aire de Wernicke (décodage), l'aire de Broca (programmation articulatoire) et le cortex moteur (phonation).
D'autres fonctions cognitives supérieures sont assurées par le cortex préfrontal : mémoire de travail, planification, inhibition, flexibilité mentale, fonctions exécutives. Ces fonctions permettent d'adapter le comportement à des situations nouvelles.
Astuce. Retiens la latéralisation : la plupart des fonctions cognitives supérieures (langage, raisonnement logique) sont latéralisées à gauche, tandis que les processus holistiques (musique, art) sont davantage à droite.
8Perturbations des fonctions cognitives
Les fonctions cognitives peuvent être perturbées par diverses causes : lésions cérébrales (AVC, traumatismes), maladies neurodégénératives, substances psychoactives.
| Pathologie / Cause | Mécanisme | Fonction affectée |
|---|
| Maladie d'Alzheimer | Agrégats de protéines tau et amyloïde → mort neuronale (hippocampe d'abord) | Mémoire épisodique, puis démence globale |
| Maladie de Parkinson | Dégénérescence des neurones dopaminergiques (substance noire) | Motricité, fonctions exécutives |
| AVC | Ischémie ou hémorragie → mort neuronale locale | Variable selon la zone atteinte |
| Cannabis (THC) | Mimétisme des endocannabinoïdes → perturbation des synapses hippocampiques | Mémoire de travail, attention |
| Cocaïne | Blocage de la recapture de la dopamine → hyperactivation du circuit de récompense | Addiction, fonctions exécutives |
Attention ! L'addiction est une pathologie cérébrale : la consommation répétée de drogues entraîne une plasticité synaptique pathologique dans le circuit de récompense (noyau accumbens), rendant le manque de drogue plus prégnant que le plaisir procuré.
Exemple. Grâce à la plasticité cérébrale, les victimes d'AVC peuvent récupérer partiellement leurs fonctions : les zones corticales adjacentes à la lésion prennent en charge une partie des fonctions perdues — ce qui justifie la rééducation précoce et intensive.
★À retenir
En bref :
• Le cerveau est organisé en aires spécialisées (motrices, sensorielles, associatives) cartographiées par neuro-imagerie.
• Le potentiel d'action, loi du tout ou rien, se propage de façon saltatoire le long de l'axone myélinisé.
• La synapse transmet l'influx via des neurotransmetteurs (glutamate, GABA, dopamine…) libérés par exocytose.
• La plasticité synaptique (PLT) est le mécanisme cellulaire de l'apprentissage : stimulation répétée → entrée Ca²⁺ par NMDA → renforcement durable.
• L'hippocampe est indispensable à la formation des souvenirs épisodiques ; leur consolidation implique le sommeil.
• Le langage repose sur deux aires gauches : Broca (production) et Wernicke (compréhension).
• Les drogues et maladies neurodégénératives perturbent les fonctions cognitives via des dysfonctions synaptiques.