Comportement, mouvement et stress — exercices corrigés

Le réflexe myotatique est la contraction réflexe d'un muscle en réponse à quel événement ?

Quel est le centre nerveux de l'arc réflexe myotatique ?

Comment s'appelle le récepteur, logé dans le muscle, qui détecte son étirement et déclenche le réflexe myotatique ?

Le potentiel d'action correspond à quel phénomène le long de l'axone d'un neurone ?

Comment le message franchit-il la fente synaptique entre deux neurones ?

Quelle région du cerveau commande les mouvements volontaires ?

Le réflexe myotatique est un comportement volontaire, décidé par le cerveau.

Plus le stimulus est fort, plus l'amplitude d'un potentiel d'action est grande.

L'adrénaline est l'hormone de la réaction immédiate au stress.

Au repos, la membrane d'un neurone porte une charge négative à l'intérieur. Quelle est la valeur approximative de ce potentiel de repos, en millivolts (mV) ?

Combien d'éléments successifs l'arc réflexe comprend-il, du détecteur du stimulus jusqu'au muscle qui répond ?

Au niveau d'une synapse, qu'est-ce qui sépare l'élément présynaptique de l'élément postsynaptique ?

Quel est le rôle de la gaine de myéline qui entoure beaucoup d'axones ?

Quel neurotransmetteur est libéré au niveau de la synapse neuro-musculaire, entre le motoneurone et le muscle ?

L'hémisphère gauche du cerveau commande les mouvements volontaires du côté droit du corps.

Quelle hormone est responsable de la phase prolongée de la réponse au stress ?

Que désigne la plasticité cérébrale ?

Lors d'un potentiel d'action, la tension de la membrane s'inverse : l'intérieur du neurone devient brièvement positif. Quelle valeur approximative atteint alors cette tension, en millivolts (mV) ?

Un nerf est un neurone unique dont l'axone est particulièrement long.

Quel est le trajet correct de l'axe neuro-endocrinien qui aboutit à la libération de cortisol lors d'un stress prolongé ?

Pourquoi qualifie-t-on le réflexe myotatique de monosynaptique, et quelle conséquence cela a-t-il ?

Si tous les potentiels d'action ont la même amplitude, comment le neurone sensitif distingue-t-il un étirement léger d'un étirement fort du quadriceps ?

Un neurone postsynaptique reçoit un seul petit signal excitateur, insuffisant pour atteindre le seuil. Que doit-il se passer pour qu'il déclenche tout de même un potentiel d'action ?

Un patient à l'hôpital de Rabat est paralysé du côté droit du corps après un accident vasculaire cérébral. De quel côté se situe la lésion dans son cerveau ?

Sur l'homonculus moteur, la main occupe une surface corticale bien plus grande que la cuisse, alors que la cuisse est plus volumineuse. Comment l'expliquer ?

À une synapse, le message nerveux peut circuler indifféremment dans les deux sens, du neurone A vers B comme de B vers A.

La gaine de myéline qui entoure certains axones accélère la propagation du potentiel d'action.

Tout stress est nuisible à l'organisme et doit être évité.

Lors d'un potentiel d'action, la tension membranaire passe du potentiel de repos (−70 mV) à un sommet de +30 mV. Quelle est l'amplitude totale de cette variation, en millivolts (mV) ?

Le message nerveux parcourt un axone myélinisé de 1,2 m de long en 0,02 seconde. Quelle est la vitesse de propagation du potentiel d'action, en mètres par seconde (m/s) ?

En TP de neurobiologie à Casablanca, Karim enregistre les potentiels d'action du neurone sensitif d'Amine pendant qu'on étire fortement son quadriceps. Il commente : « L'étirement est plus intense, donc les potentiels d'action enregistrés sont logiquement plus grands : leur amplitude augmente avec la force du stimulus. » A-t-il raison ?

Salma révise l'arc réflexe et affirme : « Entre le neurone sensitif et le motoneurone, le courant électrique passe directement d'une cellule à l'autre par contact, comme dans un fil ; c'est ce qui rend le réflexe aussi rapide. » Cette affirmation est-elle correcte ?

Le grand-père de Yasmine, hospitalisé à Fès, ne peut plus bouger le bras gauche après un AVC. Yasmine raisonne : « C'est le bras gauche qui est touché, donc la lésion est dans l'hémisphère gauche du cerveau, du même côté. » A-t-elle raison ?

Devant un schéma de l'homonculus moteur à la bibliothèque de Rabat, Amine déclare : « C'est logique que la main occupe plus de cortex que la cuisse n'occupe une grande surface : plus une partie du corps est grosse et musclée, plus elle a besoin de cortex pour être commandée. » Où est l'erreur ?

Avant un match de basket à Marrakech, Karim sent son cœur s'emballer et ses pupilles se dilater. Salma lui dit : « Ton corps est en stress, et le stress est toujours mauvais pour la santé : il faut absolument l'éviter, même là. » A-t-elle raison ?

En observant Amine dont le cœur s'emballe à la seconde où sa barre vacille, Salma conclut : « C'est le cortisol qui vient d'être libéré, puisque c'est l'hormone du stress. » A-t-elle raison ?

Après un AVC qui a détruit une partie de son cortex moteur, la tante de Yasmine récupère peu à peu l'usage de sa main grâce à des mois de kinésithérapie. Karim explique : « C'est simple, les neurones détruits ont fini par repousser à l'identique. » Où est la faille de son raisonnement ?

Karim affirme : « Dès qu'une synapse excitatrice est activée sur un neurone, celui-ci déclenche forcément un potentiel d'action : un signal excitateur suffit toujours. » Que dire de ce raisonnement ?

Sur un neurone postsynaptique, dix petits signaux excitateurs arrivent presque en même temps, chacun par une synapse différente, et leur addition franchit le seuil. De quel type de sommation s'agit-il ?

Dans le nerf sensitif d'Amine, un axone myélinisé conduit le potentiel d'action à 100 m/s, tandis qu'un axone non myélinisé voisin le conduit à 2 m/s. Combien de fois plus vite l'axone myélinisé conduit-il le message que l'axone non myélinisé ?

Salma observe le test du réflexe rotulien chez son frère et conclut : « Quand le marteau frappe, le message monte jusqu'au cerveau, le cerveau décide de contracter le muscle, et c'est pour ça que la jambe remonte. » Discute son raisonnement : où se trompe-t-elle exactement, et quel est le vrai trajet du message ?

L'oncle de Yasmine a perdu l'usage de sa main droite après un AVC qui a détruit une partie de son cortex moteur. Après plusieurs mois de kinésithérapie à Casablanca, il récupère une bonne partie de sa motricité. Yasmine s'étonne : « Mais les neurones détruits ne repoussent pas ! Comment peut-il récupérer ? » Explique-lui le mécanisme en jeu, puis précise le rôle de la rééducation.

Karim prépare le bac à Casablanca. Le matin de l'épreuve, en retournant sa copie, son cœur s'emballe et ses mains deviennent moites. Mais depuis trois semaines, il dort à peine et révise sans pause : il se sent épuisé, irritable, et n'arrive plus à se concentrer. Distingue les deux formes de stress à l'œuvre chez Karim, en nommant l'hormone responsable de chacune et son échelle de temps. Conclus par un conseil fondé sur la physiologie.

Quand Amine soulève volontairement une barre de musculation, son geste résulte de la combinaison de deux choses. Laquelle des descriptions suivantes est la plus exacte ?

Adrénaline et cortisol sont tous deux libérés par les glandes surrénales. Pourtant, l'adrénaline agit en quelques secondes et le cortisol en quelques minutes à heures. Quelle explication rend compte de ce décalage de délai ?

En suivant le message nerveux du fuseau neuromusculaire jusqu'au muscle, sous quelles formes successives circule-t-il ?

À l'imagerie cérébrale, on constate que la zone du cortex moteur commandant les doigts d'un musicien qui répète des gammes pendant des mois est plus étendue qu'avant son entraînement. Comment interpréter cette observation ?

Le cortisol participe lui-même à freiner sa propre production, ce qui aide normalement l'organisme à mettre fin à la réponse de stress quand le danger disparaît.

Dans l'arc réflexe d'Amine, le trajet aller-retour du message entre le genou et la moelle épinière mesure au total 1,8 m. Le potentiel d'action se propage à 100 m/s, et l'unique synapse de la moelle ajoute un délai de 0,002 s. En négligeant le temps de contraction du muscle, calcule le délai total du message, en millisecondes (ms).

On enregistre l'activité d'un neurone sensitif lors d'un étirement fort du quadriceps : il émet 12 potentiels d'action en 0,15 seconde. Quelle est la fréquence du message nerveux, en potentiels d'action par seconde (hertz, Hz) ?

Restitution organisée de connaissances. Lorsqu'un kinésithérapeute frappe le tendon sous la rotule, la jambe se détend seule, sans que le patient l'ait décidé, et en moins d'un dixième de seconde.

Expose, sous forme d'un texte structuré (courte introduction, développement organisé, conclusion), le trajet complet du message nerveux lors du réflexe myotatique, du stimulus jusqu'à la réponse musculaire. Tu nommeras les cinq éléments de l'arc réflexe dans l'ordre, puis tu expliqueras pourquoi ce réflexe est aussi rapide et involontaire. Aucune figure n'est attendue.

Dans un TP de neurobiologie à Rabat, on étudie l'arc réflexe myotatique sur un modèle expérimental. On réalise deux sections successives et on observe si le réflexe (contraction du muscle après étirement) persiste :

• Expérience 1 : on sectionne le nerf sensitif (entre le récepteur et la moelle épinière). Après étirement du muscle, aucune contraction réflexe n'est observée.
• Expérience 2 : sur un autre montage intact, on sectionne le nerf moteur (entre la moelle épinière et le muscle). Après étirement, aucune contraction réflexe n'est observée non plus. On vérifie cependant que le muscle se contracte encore si on le stimule directement.

Interprète chacune de ces deux expériences et déduis-en ce qu'elles démontrent sur l'organisation de l'arc réflexe.

Au laboratoire, Karim enregistre l'activité électrique du neurone sensitif d'Amine pendant qu'on étire le quadriceps avec des forces croissantes. Il obtient trois tracés d'une durée de 1 seconde chacun :

• Tracé 1 (étirement faible) : 5 potentiels d'action, tous de même amplitude (100 mV crête à crête).
• Tracé 2 (étirement moyen) : 20 potentiels d'action, tous de même amplitude (100 mV).
• Tracé 3 (étirement fort) : 60 potentiels d'action, tous de même amplitude (100 mV).

À partir de ces enregistrements, détermine comment l'intensité de l'étirement est codée par le neurone, et énonce les deux lois de neurobiologie que ces tracés illustrent.

Lors d'une opération, un neurochirurgien stimule électriquement, un à un, différents points de la surface du cortex moteur d'un patient éveillé, et note à chaque fois quelle partie du corps se met en mouvement. Il observe deux faits :

• Fait 1 : chaque point stimulé provoque toujours le mouvement de la même partie du corps ; des points voisins commandent des parties voisines du corps. En stimulant le cortex de l'hémisphère gauche, ce sont les muscles du côté droit qui bougent.
• Fait 2 : la surface corticale consacrée à la main et aux lèvres est bien plus grande que celle consacrée au tronc ou à la cuisse, alors que ces derniers sont physiquement beaucoup plus volumineux.

Interprète ces deux faits en mobilisant les notions du cours.

Karim propose la « démonstration » suivante : « La synapse fonctionne à sens unique. Preuve : le potentiel d'action est un signal électrique, or l'électricité ne circule que dans un sens dans un fil ; donc le message ne peut pas remonter la synapse. » Sa conclusion est juste, mais son argument est faux. Où est la faille logique de sa preuve ?

Sur un enregistrement du neurone sensitif d'Amine, Karim compte 20 potentiels d'action répartis régulièrement sur une fenêtre de 250 millisecondes lors d'un étirement fort du quadriceps. Calcule la fréquence des potentiels d'action, exprimée en hertz (Hz, c'est-à-dire en nombre par seconde).

Le cortisol est libéré au terme de l'axe hypothalamus → hypophyse → surrénales. Normalement, lorsque son taux sanguin s'élève, le cortisol freine sa propre production en agissant en retour sur l'hypothalamus et l'hypophyse. Dans un stress chronique, ce mécanisme est débordé et le cortisol reste durablement élevé. Comment nomme-t-on ce mécanisme de freinage, et à quelle capacité de l'organisme participe-t-il ?

À l'hôpital de Casablanca, un patient arrive avec une paralysie brutale de tout le côté droit du corps. L'imagerie révèle un accident vasculaire cérébral (AVC) ayant détruit une partie de son cortex moteur.

1. De quel côté du cerveau se situe la lésion ? Justifie.
2. Six mois plus tard, après une rééducation intensive, le patient a récupéré une partie de sa motricité, alors que l'imagerie montre que la zone détruite n'a pas « repoussé ». Explique ce résultat.
3. Pourquoi la rééducation est-elle indispensable à cette récupération ?

On compare deux circuits nerveux chez Amine. Le trajet nerveux (propagation sur les axones) dure dans les deux cas 20 ms au total. La différence est le nombre de synapses traversées, chaque synapse ajoutant un délai de 2 ms.

• Le réflexe myotatique est monosynaptique : il traverse 1 synapse.
• Une voie polysynaptique concurrente traverse 4 synapses.

Calcule le délai total de la voie polysynaptique (4 synapses), en millisecondes (ms).

Une étude d'imagerie cérébrale montre que, chez des violonistes ayant répété des gammes pendant des mois, la zone du cortex commandant les doigts de la main qui joue est plus étendue que chez des non-musiciens. Salma en conclut : « Cela prouve que la carte motrice est fixée dès la naissance et identique chez tout le monde. » Cette conclusion est-elle correcte ?