Enseigner les Sciences de la nature

logo ensl   Logo du ministère de l'éducation
logo CIRI logo Immuniser Lyon
logo LBMC logo Musée Mérieux
Logo Inserm igfl igfl logo CREATIS
Logo du Museum national des histoires naturelles
Logo du musée de Confluences
logo geo 3d
Logo de Lyon 1 logo lgltpe 
Logo du Museum national des histoires naturelles
Logo du musée de Confluences
logo LBMC
logo LBMC
logos composé logo COP In My City logo Investissement d'avenirLogo du musée de Confluences
logo Météo France Logo du musée de Confluences
logo EVSlogo Grand Lyon
Vous êtes ici : Accueil / Thématiques / Neurosciences / Actualisation des connaissances / Circuits de récompense / Enseigner / Contenus et figures activites pedagogiques / Deuxième approche (1ère S) : organisation modulaire du système de récompense

Deuxième approche (1ère S) : organisation modulaire du système de récompense

En exploitant des images d'IRMf grâce au logiciel EduAnatomist, il s'agit d'approfondir la notion de système de récompense en classe de première S, dans le cadre des TPE ou de l'accompagnement personnalisé. Le système de récompense a une organisation modulaire : il est constitué de régions traitant indifféremment les récompenses, sans tenir compte de leur nature, mais aussi de régions davantage activées par certains types de récompense.

 

I- Le contexte pédagogique

  1. Le contexte
  2. Place de l'activité dans la progression pédagogique

II- Ressources mises à disposition des élèves et des enseignants

  1. Précautions à prendre quant à l'utilisation du logiciel hors ligne
  2. Ressources

III- Déroulement de la séquence

IV- Pour aller plus loin ...

 

 

I- Le contexte pédagogique

 
 
  1. Le contexte

Quelle que soit la filière de première générale, les programmes en vigueur dès la rentrée 2011 (Bulletin officiel spécial n°9 du 30 septembre 2010) n'exigent de construire qu'une relation entre activité sexuelle, plaisir et activation des systèmes de récompense. C'est ce que permet une première approche l'exploitation d'une seule image d'IRMf montre que la visualisation d'une image érotique active un ensemble d’aires cérébrales interconnectées entre elles qui sont responsables de la sensation de plaisir.

&nbsnbsp;

  1. Place de l'activité dans la progression pédagogique
L'activité proposée ici ne peut être abordée qu'avec des élèves qui connaissent déjà  la notion de système de récompense, qu'elle ait été établie à  travers la première approche - auquel cas les élèves seront déjà à l'aise avec le logiciel EduAnatomist- ou bien par une recherche documentaire. Cette activité dépasse les exigences des programmes puisqu'il s'agit de comprendre comment le cerveau élabore des sensations de plaisir d'origines différentes, après réception d'une récompense de type érotique ou bien monétaire. C'est un approfondissement idéal en accompagnement personnalisé.

Cette deuxième approche est aussi plus exigeante sur le plan méthodologique car elle repose sur la superposition de plusieurs images d'IRMf et les paradigmes de leurs constructions sont plus délicats à appréhender.

 

II- Ressources mises à disposition des élèves et des enseignants

 
   
  1. Précautions à prendre quant à l'utilisation du logiciel hors ligne
Le logiciel EduAnatomist permet d'ouvrir les images de la banque de données Neuropeda, soit en ligne (auquel cas vous devrez disposer d'une salle avec accès à internet), soit en installant la base de données directement sur un poste de travail. Il est toutefois indispensable de suivre les recommandations ci-après lorsque vous travaillez hors ligne, afin de garantir le bon déroulement de votre séance.
- avant toute utilisation, cliquez ici pour télécharger la nouvelle banque d'images mise à jour régulièrement sur le site accès
- veillez à ce qu'il n'y ait aucun accent dans les noms des dossiers qui composent le chemin d'accès à la banque d'images
- afin de faciliter les manipulations, il est conseillé de placer la banque de données "NeuroPeda" directement sur le bureau, même si cette dernière est lourde.
- les chemins d'accès donnés dans cet exemple d'activité ne sont valables que si la banque NeuroPeda est située sur le bureau
- il est impératif de posséder une souris munie de deux boutons et d'une molette centrale pour bénéficier de l'ensemble des fonctionnalités proposées par le logiciel
- dans chaque dossier de la banque NeuroPeda se trouve un fichier Word décrivant le protocole expérimental ayant permis l'acquisition des images, le cas échéant, des explications cliniques, l'explication des résultats et des pistes d'exploitations pédagogiques.
 
 
  1. Ressources
 
    
Logiciel, Images et Tutoriels Documents élèves Pour aller plus loin
- Logiciel EduAnatomist
 
- Images de la banque Neuropeda :
 
 

 
- Article "avarice ou luxure, il faut choisir"  (Pour la science, 11/12/2010)
 
- "Les chemins du désir", pages 26-27 du dossier "Amour et sexe. Quand les sciences s'en mêlent" (Betty Mamane, Science et santé n°6, Janvier / Février 2012, p. 22-33).
 

 
 

 
 
   

III- Déroulement de la séquence

     
 
Signet 3 Premier temps : Stimuler le questionnement des élèves et initier la démarche d'investigation
 
A partir de leur vécu, on amène les élèves à se questionner sur l'existence de différents types de plaisirs. Un sportif qui pratique régulièrement ne confondra pas le plaisir ressenti lors de l'activité physique avec celui ressenti lorsqu'il mange du chocolat. De même, une personne qui gagne au loto ne confondra pas le plaisir ressenti lors du gain d'argent avec celui ressenti lors de la vision d'une image à caractère érotique. Autrement dit selon le type de stimulation, la sensation de plaisir ressentie est différente.  On se focalise sur des récompenses de type érotique et monétaire qui vont générer deux sensations de plaisirs à priori différentes.
La problématique formulée par l'élève peut figurer directement sur la fiche réponse, version papier ou numérique.
 
Exemple de production attendue: (ces problèmes ne sont pas de vraies ruptures cognitives mais ils placent l'élève dans une démarche d’investigation)
- Comment le cerveau génère t-il des sensations de plaisir différentes suite à des stimulations de nature différente?
- Est-ce que se sont les mêmes aires cérébrales qui sont activées selon que la sensation de plaisir a pour origine une stimulation érotique ou une stimulation monétaire?
 

Les élèves formulent les hypothèses.

Exemple de production attendue:
H1 : il existe un seul système de récompense qui traite indifféremment tout type de récompense autrement dit ce sont les mêmes aires cérébrales qui traitent indifféremment les récompenses de type monétaire et érotique
H2 : il existe deux systèmes de récompense distincts : un qui traite les récompenses de type monétaire et un qui traite les récompenses de type érotique autrement dit ce ne sont pas les mêmes aires cérébrales qui traitent les récompenses de type monétaire et érotique
H3 : dans le circuit de récompense, il existe des zones qui traitent indifféremment tout type de stimuli, des zones spécifiques des récompenses de type monétaire et des zones spécifiques des récompenses de type érotique
 
Si cette hypothèse H3 n'est pas formulée, ce n’est que mieux!!! Cette activité permettra alors aux élèves de travailler sur la notion d’hypothèse et de comprendre que:
- une hypothèse peut être partiellement validée
- deux hypothèses ne s’excluent pas
 

  

Reste à déterminer quelles sont les méthodes d'étude du cerveau les plus appropriées pour tester les hypothèses formulées... Sachant que l'on souhaite travailler sur l'Homme, il convient donc éliminer toutes les méthodes invasives ou celles utilisant des électrodes comme l'EEG qui ne permet pas de déterminer les aires cérébrales en activité.
 

Signet 3 Deuxième tempsComprendre les méthodes d'étude du cerveau et les modalités de construction des images d'IRMf

L'enseignant, par un questionnement oral collectif fait émerger les représentations initiales  sur l'organisation du cerveau, son fonctionnement et les techniques d'étude.
Le principe de l'IRM peut être exposé de façon extrêmement simplifiée à cette occasion. Un dossier est disponible sur le site ACCES en cliquant sur le lien suivant ou sur le site du CEA
S'en suit alors un exercice sur le principe de construction des IRMf, téléchargeable sur le lien suivant.

 

Exercice :


Le cerveau est un organe dont le poids représente seulement 2% du poids total de l'organisme mais qui consomme à lui seul 25% de la quantité de glucose et 20 % de la quantité de dioxygène (O2) circulant dans le sang. Le cerveau possède une activité permanente qui peut cependant varier selon les zones considérées. Se pose alors la question de savoir comment isoler une activité cérébrale générée suite à une stimulation par rapport à "l'activité cérébrale de base" de cet organe.

L'IRMf est une technique d'imagerie médicale qui permet d'identifier des aires cérébrales aux niveaux desquelles le débit sanguin a été modifié de manière significative, au cours de l'exécution d'une tâche ou d'une fonction cognitive.

D'une manière extrêmement simplifiée, on retiendra que lorsque l'activité cérébrale est élevée, les neurones ont un métabolisme plus important ce qui entraîne une augmentation du débit sanguin local permettant de satisfaire l'augmentation des besoins de ces cellules.

Le débit sanguin local est donc quantifié précisément et enregistré dans chaque *voxel du cerveau (petit volume élémentaire en 3D).
Un comparatif voxel par voxel est ensuite réalisé entre la situation "neutre" ou témoin et la situation de stimulation.
De manière arbitraire, un code couleur est attribué à ces différences d'activité selon qu'elles sont plus ou moins importantes.
Dans l'exemple ci après, on utilisera des couleurs chaudes pour représenter des différences d'activité cérébrales importantes, et donc significatives d'un point de vue biologique, et des couleurs froides pour représenter des différences d'activité cérébrales faibles.
L'IRMf permet ainsi d'obtenir des images construites très colorées.


 
Question : Construire l'image d'IRMf obtenue par comparaison des deux enregistrements a/ et b/
 

Capture IRMf exo


Légende :

- Documents a et b : les chiffres de 1 à 6 des correspondent arbitrairement à l'état d'activité d'une aire cérébrale.
      1 = activé cérébrale faible
      6 = activité cérébrale importante.

- Document c : différence d'activité cérébrale entre la situation "neutre" et la situation de stimulation

Légende exercice construction IRMf

      0 = pas de différence entre l'activité cérébrale avec et sans stimulation
      5 = différence importante entre l'activité cérébrale avec et sans stimulation

 

* Voxel = contraction de "volumetric pixel". Un voxel constitue un équivalent 3D du pixel. C'est une unité de volume dans une image 3D

Production attendue : On attend que l'élève construise un calque fonctionnel c'est à dire une carte d'activation statistique

Production attendue exercice IRMf

 

Remarque : Dans un souci de simplification pédagogique, l'exercice proposé ne traite pas des situations aux cours desquelles une stimulation entraîne une baisse de l'activité cérébrale d'une aire donnée, mais il est tout à fait possible de modifier le document proposé.
L'élève ayant acquis le principe de construction d'une IRMf, il va maintenant lui être possible d'identifier les situations d'enregistrement utiles pour mettre en évidence une modification de l'activité cérébrale lorsque le sujet reçoit des récompenses de type érotique et monétaire.
 
 

Signet 3 Troisième temps Identifier les conditions expérimentales utiles pour construire les images proposées


  
Signet information Coups de pouce pour les élèves :
- Mobilisez le principe de construction d'un calque fonctionnel vu précédemment
- Analysez le protocole expérimental mis en oeuvre par J.C. Dreher et son équipe.
 

  

Protocole expérimental

Protocole expérimental utilisé par l’équipe de J-C Dreher et coll. 
 

Signet 1 Exemple de production attendue :

Il est nécessaire de réaliser des mesures du débit sanguin dans le cerveau d'un individu :
- en situation de contrôle, c'est à dire réalisant le test de discrimination (étape signet 2) et ne recevant aucune récompense (étape Signet 3)
- réalisant à nouveau le test de discrimination (étape signet 2) et recevant une récompense de nature érotique (étape Signet 3
- réalisant à nouveau le test de discrimination (étape signet 2) et recevant une récompense de nature monétaire (étape Signet 3).
 
Remarque : Dans un souci de simplification, nous ferons raisonner les élèves avec un seul individu, alors que les chercheurs ont travaillé avec un lot d'individus.
 

 

 C'est ensuite le professeur qui explique  les modes de construction des calques fonctionnels à partir des activités cérébrales dans ces trois situations. Les élèves disposent maintenant du bagage intellectuel leur permettant de comprendre la signification de chaque calque fonctionnel: 

- IRMsujet13241fonctionRecompense_ErotiqueSupArgent correspond aux zones davantage activées par les récompenses de type érotique que par les récompenses de type monétaire (pour autant, l'expression "spécifiques des récompenses érotiques serait abusif, entre autre parce que l'on n'a pas testé toutes les récompenses envisageables)
 
- IRMsujet13241fonctionRecompense_ArgentSupErotique correspond aux zones davantage activées par les récompenses de type monétaire que par les récompenses de type érotique (pour autant, l'expression "spécifiques des récompenses monétaires serait abusif, entre autre parce que l'on n'a pas testé toutes les récompenses envisageables)
 
- IRMsujet13241fonctionRecompense_ConjonctionargentETerotique correspond aux zones activées à la fois par les récompenses de type monétaire et de type érotique.

 

 
Signet information Coups de pouce pour les enseignants :
Des schémas expliquant les modalités de construction des 3 calques fonctionnels ci dessus sont disponibles et téléchargeables dans la fiche pédagogique ou en cliquant sur les liens ci-dessous
 

 

 
 
 
  

Signet 3 Quatrième temps :Décrire et interpréter la superposition des images d'IRMf

 

Pistes d'exploitation Résultat attendu
 
Signet 1Exemple de consigne : A l'aide du logiciel EduAnatomist et des ressources à disposition, éprouver votre (vos) hyptothèse(s)
 
 
1/ Ouvrir l'image anatomique IRMsujet13241anatRecompense
Régler les seuils de visualisation de l'image
- seuil inférieur = 9
- seuil supérieur = 53
Choisir la palette B-W LINEAR
 
2/ Superposer les calques fonctionnels
- IRMsujet13241fonctionRecompense_ErotiqueSupArgent
Régler les seuils de visualisation de l'image
- seuil inférieur = 41
- seuil supérieur = 100
Choisir la palette Green-White-linear-fusion

- IRMsujet13241fonctionRecompense_ArgentSupErotique
Régler les seuils de visualisation de l'image
- seuil inférieur = 62
- seuil supérieur = 100
Choisir la palette Blue-White-fusion
 
-IRMsujet13241fonctionRecompense_ConjonctionargentETerotique
Régler les seuils de visualisation de l'image
- seuil inférieur = 43
- seuil supérieur = 100
Choisir la palette Red-White fusion
 
Signet information Coups de pouce pour les élèves :
1/ Voir les modalités de construction des calques fonctionnels pour chacune des images
 
2/ Pour ouvrir une image
- si vous utilisez EduAnatomist en ligne, entrez le mot-clé recompense (sans accent) : voir une démonstration
- si vous consultez des images de la banque Neuropeda sur le serveur local, suivez le chemin d'accès IRM, imagerie fonctionnelle, fonctions cognitives, systèmes de récompense : voir une démonstration
 
 
 
3/ Rechercher les plans de coupe les plus adaptés à la visualisation de la zone ou des zone(s) corticale(s) activée(s) par une récompense de type érotique.

 
4/ Communiquer les résultats obtenus
- Version 1 : si vous disposez d'une fiche-réponse comportant une coupe anatomique à compléter, identifiez le type de coupe réalisée. A l'écran, réglez correctement les curseurs de position pour ce type de coupe. Reportez la (les) zone(s) activée(s) aux crayons de couleurs sur la fiche. Légendez et donnez un titre à votre production.
- Version 2 : si vous devez produire un fichier de réponse numérique, importez sous EduAnatomist une image judicieusement choisie, un plan de coupe où les résultats visibles sont représentatifs. Insérez-la dans un logiciel de traitement de texte pour légender et donner un titre à votre production.
 
5/ Dans tous les cas, rédiger une conclusion pour votre étude.
 

  Signet 1Un exemple de production attendue :
Les hypothèses H1 et H2 ne sont pas validées par les faits expérimentaux. On peut alors faire émerger H3 si les élèves ne l'ont pas fait précédemment et la valider. Ces images permettent de montrer la dissociation entre
- les aires cérébrales du circuit de la récompense davantage activées par les récompenses de type monétaire (en bleu),
- les aires cérébrales du circuit de la récompense davantage activées par les récompenses de type  érotique (en vert)

Supperposition 2 = production élève pour activité 2
          Remarques : 
- la coupe proposée n'est pas la seule qui convienne...
- Dans la version 1.1.1 d'EduAnatomist, pour visualiser l'image ConjonctionargentETerotique, on peut choisir la palette Blue-Red fusion et régler les seuils supérieur et inférieur à 43, ce qui facilite l'observation et modifie peu les résultats.


 
 
Signet 1Notion construite :
On construit la notion de système de récompense : plusieurs aires cérébrales sont activées lors de la sensation de plaisir et non pas une seule zone comme le suggéraient les expériences historiques de stimulation (Olds et Milner, 1954).
 
Cette activité permet en plus de montrer l'organisation modulaire du système de récompense et plus généralement du cerveau, notion non exigible dans le programme. Le système de récompense comprend en effet :
- les aires cérébrales davantage activées par les récompenses de type monétaire (en bleu),
- les aires cérébrales davantage activées par les récompenses de type  érotique (en vert)
- les aires traitant indifféremment tout type de récompense (en rouge).
 
Ces résultats montrent le cerveau dans toute sa complexité : il est constitué d'une "mosaïque" d'aires cérébrales entre lesquelles circulent des informations.
 
 
 

    

Remarque : La superposition du calque fonctionnel IRMsujet13241fonctionRecompense_ErotiqueSupControle avec les 3 autres calques fonctionnels cités ci-dessus n’aurait aucune signification biologique compte tenu des traitements mathématiques appliqués pour obtenir ces IRMf.
 

 

Mise en garde :
Les captures d'écran proposées dans le cadre des productions attendues reflètent le plus fidèlement possible les images de la publication de référence, mais ne permettent en aucun cas de visualiser sur le même plan de coupe ( objet en 2D ) l'ensemble des aires cérébrales qui sont significativement les plus activées lors de la stimulation.
Afin que le support pédagogique proposé ne constitue pas un obstacle didactique, il convient de faire prendre conscience aux élèves que le cerveau est une structure à explorer en trois dimension; aucune coupe ne passant par l'ensemble des zones les plus activées lors de la stimulation.
 

IV - Pour aller plus loin ...

Il est possible de proposer les activités suivantes en complément ou en ouverture pour les élèves les plus rapides

Signet 3 Rédiger une analyse  critique de l'article : "Avarice ou luxure, il faut choisir"
Signet 3 A partir de différentes coupes d’encéphale légendées simplifiées identifier et nommer les structures activées par la réception de la récompense érotique
Signet 3 Découvrir le rôle et la structure du système de récompense à travers l'article "Les chemins du désir", pages 26-27 du dossier "Amour et sexe. Quand les sciences s'en mêlent" (Betty Mamane, Science et santé n°6, Janvier / Février 2012, p. 22-33).
Le dossier dans son intégralité permet de prendre connaissance d'autres thématiques de recherche scientifique abordant l'amour et le sexe : Comment tombe-t-on amoureux? Quels sont les messagers chimiques impliqués dans les différentes étapes de la relation amoureuse? Qu'est-ce que l'addiction au sexe et comment est-elle prise en charge?
Signet 3 Histoire des sciences : Revue Aster N° 7, 1988 : Modèles et modélisation. Article :" Les représentations du cerveau : modèles historiques "p.185-204.  

 

 RETOUR VERS LA PAGE D'ACCUEIL