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Mouvements involontaires ou réflexes - Ts

Classe:

Terminale

Thème:

Role du système nerveux dans le comportement moteur d'un animal

Introduction :

Les informations reçues par le système nerveux sont intégrées et traduites pour certaines sous forme de comportement moteur.

Ces comportements moteurs peuvent être involontaires : ce sont les réflexes.

D'aucun nécessitent un apprentissage (réflexe conditionnel), d'autres, pas d'apprentissage (réflexe innés).

Nous allons d'abord parler de la notion de réflexe, puis étudier successivement les réflexes innés et les réflexes conditionnels.

I. Notion de réflexe

I.1 Observations

Si un projectile se rapproche de l'œil d'un individu, ses paupières se ferment sans qu'il s'en rende compte.

Immédiatement après la naissance, si on soulève le bébé par le tronc de façon à ce que la pointe des pieds prend appui sur une surface horizontale plane, on voit s'amorcer les mouvements de la marche qui peuvent se produire sur plusieurs pas.

Un conducteur de moto « Jakarta » devant un obstacle freine brusquement pour stopper sa moto.

I.2 Interprétation

Toutes les trois réactions constatées sont des mouvements involontaires ou réflexes.

Par contre les deux premières réactions sont accomplies sans aucun apprentissage :

Ces réactions avec lesquelles le sujet nait sont qualifiées de réflexes innés.

La troisième réaction (freiner devant un obstacle) est une réaction acquise après apprentissage.

De telles réactions sont qualifiées de réflexes acquis ou conditionnels.

I.3 Conclusion

Donc un réflexe est une réponse immédiate et involontaire d'un organe ou d'une partie du corps déclenchée par le système nerveux à la suite d'une stimulation sensitive ou sensorielle inconsciente.

II. Études des réflexes innés

II.1 Diversité des réflexes innés

II.1.1 Les réflexes encéphaliques

On détruit les hémisphères cérébraux (cerveau) d'une grenouille et on obtient ainsi une grenouille Décérébrée.

On effectue sur elle deux $(2)$ tests :

$-\ $ On lui touche la cornée ; elle abaisse les paupières :

C'est le réflexe cornéen.

$-\ $ On incline son support vers l'avant, elle soulève la tête et tend les pattes antérieures.

On incline vers l'arrière son support, elle baisse la tête et tend les pattes postérieures :

C'est le réflexe de redressement ou de posture (d'équilibration).

On détruit le reste de son encéphale ; on constate que les deux réflexes évoqués ci-dessus disparaissent :

Donc ces réactions sont des réflexes encéphaliques.

II.1.2 Les réflexes médullaires

L'observation de ces réflexes se fait chez la grenouille spinale.

Une telle grenouille ne possède, comme centre nerveux que la moelle épinière.

En suspendant une telle grenouille, elle reste inerte tout en gardant une légère contraction permanente appelée tonus musculaire.

Si on plonge la patte droite dans une solution d'acide de concentrations croissantes, on constate que :

$-\ $ Pour des concentrations d'acides faibles ; il n'y a aucune réponse

$-\ $ A partir d'une concentration seuil, la grenouille fléchit les orteils seulement : c'est le réflexe localisé.

$-\ $ Pour des concentrations de plus en plus fortes, on observe successivement la flexion de toute la patte excitée (réflexe unilatéral), la flexion des deux pattes postérieures (réflexe bilatéral ou symétrique), la flexion des quatre pattes (réflexe irradié) et la réaction de tous les muscles du corps (réflexe généralisé).

Conclusion :

La réponse suite à une excitation localisée est d'autant plus étendue que l'intensité de stimulation est forte : c'est la loi de Pflüger.

Si on détruit la moelle épinière de cette grenouille spinale, on constate que les réflexes décrits ci-dessus disparaissent :

Donc ce sont des réflexes médullaires.

Une telle grenouille est dite démédullée et décérébrée.

Exercice d'application

On dispose de quatre grenouilles : une normale $(A)$, une décérébrée $(B)$, une spinale $(C)$ et une décérébrée et démédullée $(D)$

1) Comment peut-on identifier ces grenouilles sans pratiquer une intervention chirurgicale ?

2) On pince l'extrémité des pattes de chacune d'elles, certaines réagissent.

Dites lesquelles et pourquoi ?

3) On veut tester un réflexe de flexion de la patte, laquelle ou lesquelles choisir et pourquoi ?

Corrigé

$-\ $ Toutes les quatre grenouilles posées sur un support, celle qui s'enfuie est la grenouille normale $(A).$

$-\ $ Les trois grenouilles restantes sont posées sur un support incliné, l'une d'entre elles cherche à s'équilibrer : c'est la grenouille $B.$

$-\ $ On suspend les deux autres grenouilles restantes, l'une d'entre elles présente une légère contraction (tonus musculaire) : c'est la grenouille spinale $(C).$

$-\ $ Celle ne présentant aucune réaction à toutes ces expériences est la grenouille $D$ (décérébrée et démédullée).

2) Les grenouilles $A$, $B$ et $C$ réagissent parce qu'elles présentent toutes une moelle épinière qui est le centre nerveux responsable de ce type de réflexe (réflexe médullaire).

3) La grenouille spinale $(C)$ sera choisie parce que c'est celle qui ne présente que la moelle épinière comme centre nerveux.

II.2 Étude d'un réflexe médullaire chez la grenouille

II.2.1 Mise en évidence des éléments intervenant dans un réflexe

$\bullet\ $ Intervention d'un récepteur sensoriel

On trempe le pied de la patte droite de la grenouille spinale dans de l'acide, on observe un retrait de celle-ci.

En trempant ce même pied dans de l'éther avant de le tremper dans de l'acide concentré, on n'observe aucune réaction.

Mais si l'on plonge le pied de la patte gauche dans cet acide concentré, on observe non seulement le retrait de cette patte gauche mais aussi le mouvement de la patte droite.

Quelque temps après, l'excitation (acide concentré) de ce même pied de la patte droite traitée à l'éther provoque un retrait de celle-ci.

L'éther a supprimé temporairement toute sensibilité des terminaisons nerveuses (anesthésie) se trouvant au niveau de la peau du pied de la patte droite :

Les terminaisons nerveuses de la peau constituent ainsi le récepteur sensoriel.

Donc la réalisation d'un réflexe nécessite un récepteur sensoriel

$\bullet\ $ Intervention d'un conducteur

On sectionne le nerf sciatique de la cuisse gauche.

Si on plonge la patte gauche dans de l'acide concentré, on n'observe pas de réaction.

En excitant le bout central du nerf sciatique de la patte gauche, la patte droite bouge.

Le nerf sciatique conduit donc l'influx nerveux sensitif (centripète).

Si on excite le bout périphérique, c'est seulement la patte gauche qui bouge.

Le nerf sciatique conduit aussi l'influx nerveux moteur (centrifuge) :

C'est un nerf mixte.

Donc la réalisation d'un réflexe nécessite un conducteur sensitif (centripète) et un conducteur moteur (centrifuge)

$\bullet\ $ Intervention d'un centre nerveux

Si on détruit la moelle épinière, l'excitation de la patte et même du bout central du nerf ne donne aucun effet.

C'est donc au niveau de la moelle épinière que l'influx nerveux sensitif passe en influx nerveux moteur d'où la nécessité d'un centre nerveux dans la réalisation d'un réflexe.

$\bullet\ $ Intervention d'un effecteur

En détruisant les muscles, les réactions précédemment observées ne se produisent plus.

Les muscles sont donc indispensables dans la réalisation du réflexe : ce sont les effecteurs.

Conclusion

Pour l'accomplissement d'un réflexe il faut donc l'intervention de cinq éléments à savoir :

$\bullet\ $ Un récepteur sensoriel : ce sont les terminaisons nerveuses (peau).

$\bullet\ $ Un conducteur sensitif : ce sont les fibres sensitives ou afférentes

$\bullet\ $ Un centre nerveux : la moelle épinière pour ce type de réflexe.

$\bullet\ $ Un conducteur moteur : ce sont les fibres motrices ou efférentes.

$\bullet$ Un effecteur : c'est le muscle pour ce cas.

II.2.2 Trajet de l'influx nerveux dans un réflexe inné

II.2.2.1 Expérience de la dégénérescence wallérienne

Waller a sectionné un nerf rachidien ainsi que ses racines puis observé leur évolution dans le temps (Doc. )

Conclusion :

Les neurones constituant la racine dorsale ont leurs noyaux situés dans le ganglion spinal et ceux constituant la racine ventrale ont leurs noyaux situés dans la substance grise au niveau de la corne antérieure de la moelle épinière.

II.2.2.2 Expérience de BELL et MAGENDIE

Bell et Magendie ont réussi à mettre nu en $1822$, les racines d'un nerf rachidien d'un chien pour mener des expériences de sections et d'excitations (Doc ...).

Conclusion :

L'influx nerveux issu d'un récepteur sensoriel pénètre dans la moelle épinière par la racine dorsale (fibres sensitives ou afférentes) et l'influx nerveux élaboré par la moelle épinière sort par la racine ventrale (fibres motrices ou efférentes).

Cette chaine de neurones constitue un arc réflexe

II.2.2.3 Interprétation des lois de Pflüger : les arcs réflexes

$\surd\ $ Cas du réflexe localisé et unilatéral

Des expériences et des observations précises ont permis de penser que le trajet suivi par l'influx nerveux dans ce cas comprend plusieurs neurones comme l'indique le doc. ...

L'excitation entraine la naissance d'un influx nerveux au niveau du récepteur sensoriel.

Cet influx nerveux sensitif emprunte la racine dorsale du nerf sciatique et, par un neurone d'association ou interneurone devient un influx nerveux moteur qui chemine le motoneurone jusqu'au muscle entrainant sa contraction.

$\surd$ Cas du Réflexe Bilatéral ou Symétrique

Pour expliquer cette loi on fait intervenir des neurones d'associations horizontaux qui se dirigent vers les neurones moteurs du côté opposé permettant ainsi la réponse symétrique.

$\surd\ $ Cas du Réflexe Irradié et Généralisé

Cela s'explique par l'existence de neurones d'association verticaux qui se dirigent vers les autres étages de la moelle épinière ou ils entrent en contact avec les motoneurones.

NB :

Ces neurones d'associations (ou interneurone ou neurones intermédiaires) n'ont pas le même seuil d'excitabilité.

II.3 Cas particulier de la loi de Sherrington ou loi de coordination : innervation réciproque

Exemple de coordination : cas des muscles antagonistes (fléchisseur et extenseur)

La contraction d'un muscle (fléchisseur) suppose le relâchement de l'autre (extenseur).

Ainsi le même influx nerveux (sensitif) aura un effet excitateur sur le motoneurone en relation avec le muscle fléchisseur d'une part et un effet inhibiteur sur le motoneurone innervant le muscle extenseur d'autre part et vis-versa : c'est l'innervation réciproque.

Remarque :

Chez l'homme l'amplitude d'une réaction réflexe peut varier indépendamment de l'excitation.

Ceci est dû à l'intervention du cerveau qui a une action inhibitrice sur les réflexes.

Tous les réflexes cités aussi bien chez l'homme que chez la grenouille font partie du patrimoine héréditaire : ce sont des réflexes innés

II.4 Caractères des réflexes innés

Les réflexes innés sont des réflexes préétablis (héréditairement fixés).

Ils sont absolus (ne disparaissent qu'à la mort), stéréotypés (c'est-à-dire des excitations identiques déclenchent, dans les mêmes conditions expérimentales, inéluctablement la même réaction chez le même individu), spécifiques (car ces mêmes excitations identiques déclenchent la même réaction chez tous les individus de la même espèce).

II.5 Classification des réflexes innés

La classification de réflexes innés dépend du critère choisi

II.5.1 Selon le centre nerveux

On distingue :

$-\ $ Les réflexes encéphaliques, ayant comme centre nerveux l'encéphale : réflexe bulbaire (salivation, respiration, fermeture des paupières), réflexe thalamique (accommodation), réflexe cérébelleux (équilibration)

$-\ $ Les réflexes médullaires, ayant comme centre nerveux la moelle épinière (réflexe achilléen, réflexe de flexion)

II.5.2 Selon la position du récepteur sensoriel

On distingue deux grands groupes à savoir : les réflexes extéroceptifs et les réflexes intéroceptifs

$-\ $ Les réflexes extéroceptifs : les récepteurs sont situés à la périphérie de l'organisme (cas des cellules sensorielles de la peau, de l'œil, de l'oreille, etc...).

Ce sont des réflexes comprenant des neurones d'association.

Ils sont poly-synaptiques.

$-\ $ Les réflexes intéroceptifs : les récepteurs sont situés à l'intérieur de l'organisme et répondent à des modifications à l'intérieur de l'organisme.

Ces réflexes sont de deux types.

$-\ $ Les réflexes proprioceptifs ce sont des réflexes liés à la vie de relation.

Les récepteurs sont situés au niveau des muscles, des tendons et des os.

Ils jouent un grand rôle dans le maintien de nos attitudes et de notre équilibration.

L'arc réflexe comprend uniquement des neurones sensitifs et des neurones moteurs.

La rapidité de la réponse fait supposer l'existence d'une seule synapse : il s'agit d'un réflexe monosynaptique.

Exemple :

Le réflexe rotulien, le réflexe achilléen le réflexe myotatique (la contraction d'un muscle en réponse à son propre étirement)

Remarque :

Plus le muscle est étiré, plus la contraction est importante lors du réflexe myotatique.

Mais si l'étirement dépasse une limite, la contraction cesse brusquement, le muscle se relâche.

D'autres récepteurs interviennent ici : les corpuscules tendineux de golgi.

Ces récepteurs ont un seuil beaucoup plus élevés que les fuseaux neuromusculaires les fibres sensitives issues de ces corpuscules tendineux, inhibent grâce à des interneurones, les motoneurones du muscle dont elles sont issues et activent les motoneurones du muscle antagoniste.

Ainsi, le muscle réalise sa propre inhibition : on parle d'inhibition autogène ou de réflexe myotatique inverse.

$-\ $ Les réflexe viscéroceptifs Les réflexes liés à la vie de nutrition :

Les récepteurs sont situés dans les viscères (la paroi de la vessie, du tube digestif, des vaisseaux sanguins, des poumons).

Ils jouent rôle dans la régulation du fonctionnement de nos organes.

Ils sont polysynaptiques.

Exercice d'application

L'introduction d'un aliment dans la bouche d'un animal déclenche une salivation et cela même si les hémisphères cérébraux sont détruits.

1) De quelle réaction s'agit-il ?

$-\ $ Si on badigeonne la langue avec de l'éther, l'introduction d'un aliment dans la bouche de l'animal ne provoque pas de salivation.

$-\ $ La section du nerf lingual supprime la salivation.

L'excitation du bout périphérique ne provoque aucune salivation, l'excitation du bout central provoque une salivation abondante.

$-\ $ La destruction d'une zone précise du bulbe rachidien supprime la salivation.

$-\ $ La section de la corde du tympan supprime la salivation ; l'excitation du bout central est sans effet sur la salivation ; l'excitation du bout périphérique entraine une salivation abondante

2) Tirer une conclusion pour chaque type d'expérience.

3) Établir l'arc réflexe correspondant

Corrigé

1) Il s'agit d'un réflexe inné.

2) conclusions des résultats d'expériences

$-\ $ L'éther a anesthésié les papilles gustatives se trouvant au niveau de la langue : ce sont les récepteurs sensoriels.

$-\ $ Le nerf lingual est indispensable à la salivation :

$\bullet$ L'excitation du bout périphérique n'a aucun effet : le nerf lingual n'est pas un nerf moteur.

$\bullet\ $ L'excitation du bout central entraine une salivation : le nerf lingual contient donc des fibres sensitives qui conduisent un influx nerveux centripète (vers le centre nerveux).

$-\ $ Le bulbe rachidien intervient dans la salivation : c'est le centre nerveux :

$-\ $ La corde du tympan est indispensable à la salivation.

$\bullet\ $ L'excitation du bout central ne provoque aucun effet sur la salivation :

Elle ne contient pas des fibres sensitives

$\bullet\ $ L'excitation du bout périphérique entraine une salivation :

Elle contient des fibres motrices qui conduisent un influx nerveux centrifuge (du centre vers l'effecteur).

3) Arc réflexe

III. Étude des réflexes conditionnels

III.1 Étude du réflexe conditionnel de type Pavlovien

Travaux de Pavlov :

L'animal est isolé de toute stimulation provenant de l'extérieur afin que son attention ne soit pas distraite.

Pour cela il l'enferme dans une tour de silence.

Par des dispositifs spéciaux il peut présenter des aliments au chien et suivre le comportement de celui-ci.

Un autre dispositif lui permet de faire entendre au chien le bruit du métronome :

$-\ $ A un chien muni d'une fistule, il fait entendre le bruit du métronome.

Celui-ci ne salive pas.

Il en déduit que le bruit est un stimulus neutre c'est-à-dire sans effet sur la sécrétion salivaire.

$-\ $ Pavlov présente de la viande au chien et celui-ci salive.

Il en déduit que la viande est un stimulus absolu (naturel) c'est-à-dire qui donne le résultat attendu dès la première application.

$-\ $ Il fait entendre le bruit du métronome au chien puis lui donne de la viande ; le chien salive.

Plusieurs fois de suite il répète l'association stimulus neutre suivi du stimulus absolu.

$-\ $ Enfin, il soumet le chien au bruit du métronome sans lui donner de la viande.

Il constate que le chien a salivé.

Il conclut que le bruit rythmé du métronome, normalement neutre (sans effet) sur la sécrétion salivaire, est devenu un excitant efficace :

L'animal est donc conditionné et le stimulus neutre est devenu un stimulus conditionnel.

Interprétation :

Les différentes expériences exercées sur le système nerveux ont pour effet le fonctionnement de nouvelles connexions nerveuses.

Dans ce cas précis, la connexion entre l'aire auditive et l'aire gustative du cortex devient fonctionnelle.

III.2 Étude du réflexe conditionnel de type Skinnérien

Un rat est placé dans une enceinte munie d'une pédale (un levier) et d'un distributeur de nourriture.

L'animal en explorant la cage appuie par inadvertance sur la pédale et obtient de la nourriture.

Les premières fois ; le geste est fait par hasard, mais très vite lorsque le rat a faim ou soif, il appuie sur la pédale et cette action se produit avec une fréquence de plus en plus grande grâce à l'effet de la récompense que constitue la nourriture obtenue : c'est un réflexe conditionnel de type skinnérien ou opérant car l'animal agit sur le milieu ; on parle de renforcement positif.

NB :

Dans le cas où le rat reçoit une décharge électrique à la place de la nourriture, il évitera de plus en plus d'appuyer sur le levier :

On parle de renforcement négatif.

Interprétation

Il s'établit une nouvelle liaison nerveuse fonctionnelle entre l'aire visuelle (œil) et l'aire motrice (muscle).

III.3 Caractères des réflexes conditionnels

$\bullet$ les réflexes conditionnels sont acquis car ils sont obtenus à la suite d'un apprentissage.

$\bullet\ $ Ils sont individuels car pour deux individus de la même espèce l'installation de ces réflexes ne se fait pas dans le même délai.

$\bullet\ $ Ils sont temporaires ou éphémères car ils disparaissent s'ils ne sont pas entretenus.

$\bullet\ $ Ils doivent être bien déterminés (affinement) et l'excitant bien défini au cours de l'entrainement.

NB :

Dans le conditionnement du type pavlovien, l'animal subit le milieu ; il répond à des stimulations provenant de l'environnement ; alors que dans l'opérant, l'animal agit sur son milieu ; il opère sur son milieu, il « opère » une modification de celui-ci.

III.4 Importance des réflexes conditionnels

Les réflexes conditionnels nous permettent d'acquérir des automatismes et de développer des capacités adaptatives.

Exemple :

La discipline, lire, écrire, chanter, danser etc.

Ils permettent également le dressage des animaux c'est-à-dire à leur faire obéir des gestes ou des mots.

Exemple :

les chiens, les chevaux, les animaux de cirque...

Conclusion

Les réflexes sont nombreux et sont innés ou conditionnels.

Quoi qu'il en soit, ils nécessitent tous l'intervention d'éléments du système nerveux central et périphérique.

Les réflexes jouent un rôle important dans la protection des animaux (surtout les réflexes innés) mais aussi, dans l'acquisition de capacités adaptatives (surtout les réflexes conditionnels).

Auteur:

Daouda Tine