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Des aires motrices spécialisées à l'origine des mouvements volontaires

Une enquête soutenue par des images d'IRM anatomique et fonctionnelle, ayant pour point de départ l'exploitation de cas cliniques de perte partielle de motricité consécutive à un AVC, suivie de l'identification des aires corticales mobilisées lors de tâches motrices.

Contexte

L'activité pédagogique proposée se place au sein du thème 3B "Neurone et fibres musculaire : la communication nerveuse" du nouveau programme de Terminale (2012).

Différentes notions auront préalablement été construites : les éléments qui constituent l’arc réflexe  (stimulus, récepteur, neurone sensoriel, centre nerveux, neurone moteur, fibre musculaire effectrice) auront été déduits  de  l'étude du réflexe myotatique, et  la commande de la contraction musculaire aura été étudiée (conduction par le message nerveux moteur d’un message nerveux codé en fréquence de potentiels d’action, fonctionnement de la synapse neuromusculaire).

Dans ce nouveau programme, le réflexe myotatique est revisité sous l'angle d'un "outil diagnostique pour apprécier l'intégrité du système neuromusculaire". Néanmoins, il existe des cas connus de dysfontionnements musculaires chez des individus ayant un  réflexe myotatique fonctionnel et ne montrant pas de lésions médullaires. Ceci suggère l'intervention du système nerveux central -en dehors du rôle déjà connu de la moelle épinière- dans le contrôle de la motricité.

Il s'agit alors de se pencher sur le rôle joué par le cerveau dans la commande des mouvements volontaires

Pour cela, il est  proposé aux élèves dans un premier temps d'analyser les lésions cérébrales chez différents patients, consécutives à un accident vasculaire cérébral (AVC) et corrélées à des troubles moteurs, puis dans un deuxième temps d'exploiter des images d'IRM fonctionnelle d'un sujet non atteint.

L'étude ainsi réalisée permettra :

- d'une part (premier temps) de démontrer l'existence d'une commande corticale du mouvement  ;

- d'autre part (deuxième temps) de localiser les aires motrices spécialisées à l'origine des mouvements volontaires.

Ressources mises à disposition des élèves

  • Documentation scientifique : description de trois cas cliniques d'anomalies de motricité
  • Ressources informatiquesLogiciel EduAnatomist,  images d’IRM anatomique d’encéphale (patients 12211,12212, 12213) et images d'IRM anatomique et fonctionnelle du sujet 13111 (sujet non atteint qui réalise une tâche motrice) de la banque Neuropeda 
  • Documents complémentaires : tutoriel pour la visualisation d'images anatomiques avec le logiciel EduAnatomist et/ou fiche technique ; schéma référent des lobes d'un hémisphère cérébral

Déroulement de l'activité

Une consigne globale  peut être donnée à l'élève, par exemple :

À partir de l’exploitation pertinente des ressources proposées, mettez en évidence une commande cérébrale des mouvements volontaires et identifiez la région cérébrale impliquée.

Une aide à la résolution peut être proposée :

  •  Premier temps : Mise en évidence d'une commande corticale du mouvement 
Ressources à exploiter  Pistes de travail
   Origine des images : Dr C.Rosso, Chef de clinique, Service des Urgences Cérébro-Vasculaires, APHP, Hôpital Pitié-Salpétrière, 75013, Paris, France.
  • Localiser la lésion cérébrale occasionnée par l'AVC pour chaque sujet.
  • En mettant en relation l'emplacement de la lésion cérébrale et le phénotype clinique, mettre en évidence la commande cérébrale du mouvement.

  -->Production attendue : un tableau synthétique incluant, pour chaque sujet, son phénotype clinique ainsi que l'image d'IRM annotée situant la lésion.  

-->Compétence B2i lycée : item L.2.3 : "J'utilise les documents ou des logiciels dans le respect des droits d'auteurs et de propriété" et item L.3.1 : "Je sais créer et modifier un document numérique composite transportable et publiable".

voir des exemples de productions attendues...

 

  • Deuxième temps  : localisation des aires motrices spécialisées à l'origine des mouvements volontaires
Ressources à exploiter Pistes de travail
 

IRMsujet13112, IRMsujet13112fonctionMotriciteMainGaucheVersusDroite et  IRMsujet13112fonctionMotriciteMainDroiteVersusGauche
Origine des images : Anton Jean-Luc, Centre d’Imagerie par Résonance Magnétique Nucléaire fonctionnelle, CHU la Timone, 264 Rue St Pierre, 13 385 Marseille Cedex 05, France.
Centre Nationale de la Recherche Scientifique, Universités d'Aix-Marseille (U1, U2, U3) et Assistance Publique des Hôpitaux de Marseille.

 
  
  •  Utiliser les fonctionnalités du logiciel  EduAnatomist pour visualiser les  régions du cortex des hémisphères cérébraux qui sont spécifiquement activées par l'activité motrice réalisée par le sujet.

Productions attendues : un document à compléter en plaçant les zones actives OU la réalisation d'un document composite incluant les images d'IRM du sujet

  • À partir des résultats obtenus, conclure sur les aires corticales impliquées dans la motricité.

 

 voir des exemples de productions attendues...