Deuxième approche (1ère S) : organisation modulaire du système de récompense
- Le contexte
- Place de l'activité dans la progression pédagogique
II- Ressources mises à disposition des élèves et des enseignants
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Précautions à prendre quant à l'utilisation du logiciel hors ligne
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Ressources
III- Déroulement de la séquence
I- Le contexte pédagogique
- 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 où 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.
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- Place de l'activité dans la progression pédagogique
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
- Précautions à prendre quant à l'utilisation du logiciel hors ligne
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Ressources
| Logiciel, Images et Tutoriels | Documents élèves | Pour aller plus loin |
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- Logiciel EduAnatomist
- Images de la banque Neuropeda :
- Image anatomique IRMsujet13241anatRecompense
- Tutoriel : utilisation du logiciel EduAnatomist
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- 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).
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III- Déroulement de la séquence
Premier temps : Stimuler le questionnement des élèves et initier la démarche d'investigationLes élèves formulent les hypothèses.
Deuxième temps : Comprendre les méthodes d'étude du cerveau et les modalités de construction des images d'IRMf
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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). Question : Construire l'image d'IRMf obtenue par comparaison des deux enregistrements a/ et b/
Légende : - Documents a et b : les chiffres de 1 à 6 des correspondent arbitrairement à l'état d'activité d'une aire cérébrale. - Document c : différence d'activité cérébrale entre la situation "neutre" et la situation de stimulation
0 = pas de différence 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 |
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Production attendue : On attend que l'élève construise un calque fonctionnel c'est à dire une carte d'activation statistique
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Troisième temps : Identifier les conditions expérimentales utiles pour construire les images proposées
 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.
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Protocole expérimental utilisé par l’équipe de J-C Dreher et coll.
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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
 ) et ne recevant aucune récompense (étape  )- réalisant à nouveau le test de discrimination (étape
) et recevant une récompense de nature érotique (étape ) - réalisant à nouveau le test de discrimination (étape
) et recevant une récompense de nature monétaire (étape ).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.
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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:
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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
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Quatrième temps :Décrire et interpréter la superposition des images d'IRMf
| Pistes d'exploitation | Résultat attendu |
 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 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
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.
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Un 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)  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.
Notion 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.
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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
Discuter le protocole : l'image érotique présentée au sujet de l'expérience lors de l'enregistrement est-elle bien perçue comme une récompense? Discuter le protocole : le gain d'argent lors de l'enregistrement est-il bien perçu comme une récompense? A partir de différentes coupes d’encéphale légendées simplifiées identifier et nommer les structures activées par la réception de la récompense érotique 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?
Histoire des sciences : Revue Aster N° 7, 1988 : Modèles et modélisation. Article :" Les représentations du cerveau : modèles historiques "p.185-204.
