Exercice — Neurophysiologie (5 points), dans l'esprit des sessions de contrôle 2019, 2020 et 2026 et de la principale 2023 (Mathématiques)
Lorsqu'une aiguille pique la peau de la main, le bras se fléchit et la main s'éloigne avant même que la douleur soit perçue. On cherche à comprendre le mécanisme de la coordination des muscles du bras au cours de cette réaction. Le document 1 représente le circuit nerveux impliqué et le dispositif d'enregistrement.
1) En vous basant sur le document 1 et sur vos connaissances : (1 pt)
a- identifiez, en justifiant, la nature de cette réaction ;
b- indiquez son rôle.
Expérience. On porte en St trois stimulations efficaces successives et rapprochées sur la fibre du neurone sensitif N. Les enregistrements obtenus sont représentés par le document 2 (potentiel de repos −70 mV ; seuil −50 mV).
2) Nommez les enregistrements obtenus en O1, O2, O3, O4 et O5. (1,25 pt)
3) Exploitez le document 2 afin de : (1 pt)
a- préciser la nature des synapses I1–mα1 et I3–mα2 ;
b- expliquer pourquoi l'axone de I1 n'est parcouru que par deux potentiels d'action alors que N en conduit trois.
4) Déduisez, en justifiant, lequel des deux muscles M1 et M2 se contracte et lequel se relâche au cours de la réaction ; précisez lequel est le fléchisseur du bras. (0,5 pt)
5) Reproduisez et complétez, sur votre copie, le tableau suivant. (0,75 pt)
| Élément | Rôle physiologique |
|---|---|
| Récepteurs de la peau | |
| Neurone sensitif N | |
| Interneurone I3 | |
| Motoneurone mα1 | |
| Muscle M1 |
6) Représentez les circuits nerveux, au niveau de la moelle épinière, qui assurent la coordination des muscles M1 et M2, puis expliquez le rôle des interneurones dans ce réflexe. (0,5 pt)
Voir la correction commentéeAprès avoir posé votre démarche
1.a Idée : on caractérise une réaction par son déclenchement, son centre et son circuit. La réaction est involontaire, rapide et innée : elle précède la perception de la douleur. Elle est déclenchée par la stimulation de récepteurs de la peau, et son centre est la moelle épinière (neurone sensitif, interneurones, motoneurones, sans passage par l'encéphale). C'est un réflexe médullaire inné à point de départ cutané, le réflexe de retrait ; il est polysynaptique, puisque des interneurones s'intercalent.
1.b Il éloigne rapidement la main de l'agent qui pique : c'est un réflexe de protection qui limite la lésion.
2. D'après le document 2 : O1, train de trois potentiels d'action du neurone sensitif (même amplitude, de −70 à +30 mV) ; O2, deux potentiels d'action sur l'axone de I1 ; O3, un PPSE (−58 mV) puis, par sommation, un PPSE global qui atteint le seuil et déclenche un potentiel d'action dans mα1 ; O4, un potentiel d'action sur l'axone de I3 ; O5, une hyperpolarisation jusqu'à −78 mV : un PPSI de 8 mV.
3.a PPSE sur mα1 : la synapse I1–mα1 est excitatrice. PPSI sur mα2 : la synapse I3–mα2 est inhibitrice ; I3, qui conduit pourtant un potentiel d'action (O4), libère un neurotransmetteur inhibiteur : c'est un interneurone inhibiteur.
3.b Le premier potentiel d'action de N produit dans I1 un PPSE qui reste sous le seuil ; les suivants arrivent avant qu'il ait disparu et s'y ajoutent (sommation temporelle) : le seuil est atteint, d'où un potentiel d'action après le deuxième et après le troisième. La synapse ne recopie pas le message : elle le transforme.
4. Idée : un motoneurone qui émet des potentiels d'action fait contracter son muscle ; un motoneurone qui reçoit un PPSI laisse le sien se relâcher. mα1 émet un potentiel d'action, qui libère de l'acétylcholine à la plaque motrice : M1 se contracte. mα2 reçoit un PPSI et n'émet rien : M2 se relâche. Le bras se fléchit : le muscle qui se contracte, M1 (face antérieure), est le fléchisseur ; M2 (face postérieure) est l'extenseur antagoniste.
5.
| Élément | Rôle physiologique |
|---|---|
| Récepteurs de la peau | détecter la piqûre et la traduire en message nerveux sensitif |
| Neurone sensitif N | conduire le message de la peau jusqu'à la moelle épinière |
| Interneurone I3 | inhiber le motoneurone mα2 de l'extenseur (PPSI) |
| Motoneurone mα1 | conduire le message moteur de la moelle au muscle M1 |
| Muscle M1 | effecteur : sa contraction fléchit le bras et éloigne la main |
6. Deux voies partent du même neurone sensitif ; l'inhibition s'exerce dans la moelle, sur le motoneurone de l'antagoniste, jamais sur le muscle.
Les interneurones évitent toute liaison directe entre le neurone sensitif et les motoneurones. Ils distribuent le message cutané vers les deux muscles antagonistes : une voie excitatrice active le motoneurone du fléchisseur, une voie qui comporte un interneurone inhibiteur produit des PPSI sur le motoneurone de l'extenseur (innervation réciproque). Ils intègrent aussi les messages par sommation, au prix d'un délai plus long que celui du réflexe myotatique.