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Première approche (1ère L, ES, S): notion de système de récompense

En exploitant des IRMf grâce au logiciel EduAnatomist, il s'agit de montrer que le plaisir sexuel repose entre autre sur une base biologique : l’activation du circuit de la 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
Cliquer sur les liens pour accéder :
 
  1. Place de l'activité dans la progression pédagogique
Le lien entre activité sexuelle et plaisir aura déjà été explicité. Cela peut être l'occasion de souligner des relations avec l'enseignement de l'histoire des arts.

On présente les expériences historiques d'autostimulation chez le rat, qui montrent que la sensation de plaisir naît de l'activation d'une aire cérébrale.  

 

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 :
 
- Image anatomique : IRMsujet13241anatRecompense
 
   
 
 
 
 
 
- Article "avarice ou luxure, il faut choisir"  (Pour la science, 11/12/2010)
 
- "Les chemins du désir",  pages 26-27du 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 la découverte fortuite par Olds and Milner (1954) d'une aire cérébrale impliquée dans la sensation de plaisir, on amène les élèves à se questionner sur l'existence d'une ou plusieurs aires cérébrales incriminées dans la sensation de plaisir. Autrement dit, l'élève est conduit à s'interroger sur les modalités du traitement cérébral des récompenses de nature érotique.
La problématique formulée par l'élève peut figurer directement sur la fiche réponse, version papier ou numérique.
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 de manière spécifique 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 une récompense de type érotique.


Signet 3 Troisième temps Identifier les conditions expérimentales utiles pour construire l'image de la ou des aire(s) cérébrale(s) activée(s) par une récompense de type érotique

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

 

Protocole expérimental simplifié

D'après le 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) et des mesures du débit sanguin dans le cerveau de ce même individu réalisant à nouveau le test de discrimination (étape signet 2) et recevant une récompense de nature érotique (étape Signet 3) .
La comparaison de l’activité cérébrale dans ces deux situations va permettre de construire le calque fonctionnel IRMsujet13241fonctionRecompense_ErotiqueSupControle  que les élèves vont devoir analyser.
 

 

  

Signet 3 Quatrième temps :Exploiter l'image "IRMsujet13241fonctionRecompense_ErotiqueSupControle"  pour mettre en évidence la ou les aire(s) cérébrale(s) activée(s) par la  récompense de type érotique

 

Pistes d'exploitation Résultat attendu
 
Signet 1 Exemple 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 le calque fonctionnel IRMsujet13241fonctionRecompense_ErotiqueSupControle et régler les seuils de visualisation de l'image.
- seuil inférieur = 36
- seuil supérieur = 100
- possibilité de choisir la palette ou d'en imposer une (exemple retenu pour la capture d'écran ci contre : green-White-linear-fusion)

 
Signet information Coups de pouce pour les élèves :
 
1/ 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
 
2/ Vous n'ouvrez qu'un seul calque fonctionnel et non pas les deux enregistrements de l’activité cérébrale, au repos et lors de la présentation d’une image érotique :  l'image IRMsujet13241fonctionRecompense_ErotiqueSupControle  affiche directement les zones davantage actives lors d'une récompense de type érotique que dans la situation contrôle.
 
Schéma ErotiqueSupControle
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) au crayon de couleur 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 :
 
Production attendue activité 1
           Coupe sagittale
 
Remarque :  la coupe proposée n'est pas la seule qui convienne...
 
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).
 
 
 
 
 
  
Remarques : le calque fonctionnel IRMsujet13241fonctionRecompense_ErotiqueSupControle présente des limites.
Ce calque fonctionnel ne permet en aucun cas de conclure que les zones activées traitent spécifiquement les récompenses de type érotique. En effet, on visualise à la fois les aires cérébrales traitant spécifiquement les récompenses de type érotique et les aires cérébrales traitant indifféremment tous types de récompenses quelle qu'en soit la nature (= nommées par extrapolation "voies communes du système de récompense"), sans pouvoir les différencier.
Ainsi, en toute rigueur, pour démontrer qu'une aire cérébrale (que l'on notera A) intervient spécifiquement dans le traitement des récompenses de type érotique, il faudrait que cette aire cérébrale A remplisse les trois conditions suivantes :
    - l'activité de l'aire cérébrale A doit être significativement plus importante lorsque le sujet reçoit une récompense de type érotique par rapport à la situation de contrôle.
   - l'activité de l'aire cérébrale A doit être significativement plus importante lorsque le sujet reçoit une récompense de type érotique que dans le cas ou le sujet reçoit un autre type de récompense (en l'occurrence une récompense de type monétaire dans les travaux de l'équipe de J-C Dreher)
    - l'activité de l'aire cérébrale A ne doit pas être significativement plus importante lorsque le sujet reçoit une récompense de type monétaire par rapport à la situation de contrôle.
 
Le calque fonctionnel correspondant à ces trois conditions n’est pas disponible.

 

 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 Découvrir comment le cerveau traite des récompenses de nature non érotique, par exemple recevoir de l'argent (deuxième approche)
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.

 

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