1.b. Etude de la somesthésie en 1e S

Partie du programme : La part du génotype et la part de l’expérience individuelle dans le fonctionnement de système nerveux (B.O. 31 août 2000)

Notions et contenus :

Le cortex sensoriel et la plasticité du système nerveux central. L’information sensorielle générée à la périphérie est transmise au cortex sensoriel. Dans le cortex somatosensoriel, chaque territoire de l’organisme est représenté. Cette représentation est déformée par rapport à la surface des territoires corporels

Activités envisageables: étude d'images cérébrales "activation du cortex sensoriel"

1) Visualisation des images anatomiques cérébrales

Utilisation du logiciel EduAnatomist : voir fiche technique (à télécharger)

Activité professeur-classe

Afin que les élèves comprennent bien l’orientation des coupes proposées dans le logiciel, montrez dans un cerveau en 3D la spatialisation des plans de coupe en manipulant les curseurs et la croix rouge
Pour cela utiliser dans la banque de données de Neuro-imagerie: chargez : l’image Anatomie Sujet1211a  et Maillage3DHémisphere DroitSujet1211a.mesh

Activité élèves

a) repérer des structures sur une coupe anatomique

Document 1: Schéma de la coupe sagittale de l’encéphale (ouvrir le document 1 seul)

Observation : : repérez sur cette coupe les 6 structures suivantes :cortex-corps calleux-cervelet-bulbe rachidien-hypothalamus-hypophyse

b) repérer des structures sur une IRM anatomique
Dans la banque d’images anatomiques du logiciel EduAnatomist, chargez l’image Anatomie Sujet1211a

- repérez sur la coupe sagittale proposée les 6 structures mises en évidence avec le schéma précédent
- sauvegardez cette image, insérez la dans une page texte et annotez les 6 structures identifiées

c) choisir un type d'image pour repérer la substance blanche et la substance grise
A partir de l’image anatomie du sujet 1211a on peut superposer des images 3D ou des images colorées qui permettent de visualiser les 2 hémisphères avec une distinction substance blanche-substance grise

Les images disponibles dans la banque de données sont :
Maillage3DHémisphere DroitSujet1211a.mesh
Maillage3DHemispheredroitSubstanceBlancheSujet1211a.mesh
Maillage3DHemisphereGaucheSujet1211a.mesh
MaillageHemisphereGaucheSubstanceBlanchesujet1211a.mesh
HemisphereDroitSubstanceBlancheGriseSujet1211a.ima

A partir de la superposition d’images judicieusement choisies, localisez la substance blanche et la substance grise au niveau des hémisphères cérébraux et justifiez le choix de l’image ou des images choisies (répondre dans la page texte précédente).

2) Etude expérimentale d’un exemple d’information sensorielle : la sensibilité corporelle

La sensibilité corporelle ou somesthésie est liée à des récepteurs sensoriels dits somesthésiques qui sont soit superficiels soit profonds. Parmi les récepteurs superficiels ceux qui sont situés dans la peau et qui sont sensibles aux stimuli externes( stimuli douloureux, pression, température…).

On peut donc étudier des stimuli sensoriels appliqués à la peau et évaluer la sensibilité tactile des différentes zones du corps en recherchant le pouvoir discriminant de 2 stimuli proches appliqués sur la peau. Le seuil de discrimination tactile correspond à la distance minimale entre 2 points du corps qu’un sujet peut ressentir comme séparés.

Document 2: Test somesthésique (ouvrir le document 2 seul)

Activités élèves: Manipulation

Trois zones du corps seront testées : le pouce droit l’avant-bras droit (proche du coude) la plante du pied droit.

Après avoir réalisé la manipulation et inscrit les résultats sur l’histogramme proposé, déterminez la ou les zones les plus sensibles que vous avez testées (répondre toujours dans la partie texte). Les résultats obtenus seront en mettre en relation avec les aires de projection de ces différentes parties du corps sur le cortex cérébral.

3) Visualisation des images fonctionnelles cérébrales suite à des stimulations tactiles

L’acquisition des données de neuroimagerie fonctionnelle repose sur des mesures de débit sanguin cérébral (plus précisément sur des variations locales de débit sanguin et d’oxygénation cérébrale via l’évaluation de la concentration en oxyhémoglobine)
Pour obtenir ces résultats, on effectue par exemple une série d’images avec une tâche sensorielle précise et une série d’images sans stimulation . A partir des images moyennes obtenues dans chaque condition on construit une image de différence appelée calque fonctionnel que l’on peut superposer à une image anatomique correspondante. Le seuil de visualisation permet de mettre en évidence les zones du cerveau statistiquement plus actives entre les 2 conditions expérimentales.

Activité élèves :

Dans la banque d’images fonctionnelles, chargez l’image : SomatotopieAnatomieIndividu131210

Différents calques fonctionnels sont proposés pour des stimulations tactiles différentes :
SomatotopieFonctionnelLangue131211 Seuil inf :80 Seuil sup :100
FonctionnelSomatotopiePoucedroitSujet131213 Seuil inf :80 Seuil sup :100
FonctionnelSomatotopieCoudedroitSujet131215 Seuil inf :80 Seuil sup :100
FonctionnelSomatotpiePieddroitSujet131216 Seuil inf :80 Seuil sup :100

Questions : (à répondre toujours dans la partie texte)

a) A partir des 4 calques fonctionnels, montrez que l’information sensorielle générée à la périphérie est transmise au cortex.

b) Utilisez ensuite uniquement les coupes coronales des 4 images sélectionnées. Chaque territoire de l’organisme au niveau sensibilité tactile est représenté par une région cérébrale déterminée. Pour ces 4 exemples localisez ces 4 aires de projection cérébrale en vous aidant des termes anatomiques présentés par le document 3

c) L’ensemble des messages de la sensibilité corporelle arrive au cortex somatosensoriel de l’encéphale que l’on peut représenter par exemple pour l’hémisphère gauche par le document 4. Cette représentation corticale sensorielle de l’espèce humaine est appelée Homonculus et le volume de chaque partie du corps est proportionnel à la surface de son aire de projection somatosensorielle. Comparer les différentes proportions de cette représentation, et proposer une hypothèse sur cette répartition.

d) Mettre en relation vos résultats expérimentaux , les images cérébrales et le document 4 pour verifier l'hypothèse émise dans la question précédente.

Document 3 : cartographie du cerveau (ouvrir le document 3 seul)	Document 4 : Cortex somatosensoriel (ouvrir le document 4 seul)