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Le fonctionnement du cerveau

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Objectif

Le cerveau est un centre nerveux qui analyse les messages nerveux sensitifs (perception) et élabore en réponse des messages nerveux moteurs.
Les organes du système nerveux sont reliés entre eux : il existe donc une communication entre les organes sensoriels (ou récepteurs) et les organes effecteurs des mouvements (muscles).

Comment un centre nerveux comme le cerveau peut-il mettre en relation les organes sensoriels et les muscles : quel est son rôle ?

1. Le cerveau, un organe complexe

Le cerveau est un organe protégé par la boîte crânienne, dont la masse est en moyenne de 1,5 kg.
Il est divisé en 2 parties symétriques que l’on appelle hémisphères.
Il est également appelé « encéphale ».

a. Exemple des musiciens dans un orchestre

Un musicien dans un orchestre doit suivre le chef, les autres musiciens mais également sa partition.

Il doit donc réaliser plusieurs actions en même temps pour pouvoir jouer de son instrument. Les organes sensoriels (ou récepteurs) mis en jeu sont donc :
- les yeux : le musicien doit pouvoir observer son chef d’orchestre et lire sa partition ;
- les oreilles : il doit être à l’écoute de ses collègues.

Le cerveau du musicien va donc recevoir des messages nerveux sensitifs venant de ses yeux et de ses oreilles. Ce centre nerveux doit alors analyser ces messages et envoyer un message nerveux différent vers les organes effecteurs. Ce message sera de type moteur.

C’est ainsi que l’on peut visualiser les zones du cerveau actives lors de la réception du message nerveux sensitif, de son analyse puis l’élaboration du message nerveux moteur. En voici les images :


Individu écoutant un bruit

Voir

Réaliser un mouvement
Doc. 1 : Zones du cerveau impliquées dans différentes actions. « Réaliser un mouvement » est la dernière image d’un point de vue chronologique. Images du cerveau humain obtenues par imagerie fonctionnelle (voir partie 2)

Les deux premières images montrent que les zones actives du cerveau du musicien sont différentes selon la stimulation : les messages nerveux sensitifs ne sont donc pas reçus au même endroit du cerveau.
La troisième image montre que la partie du cerveau active lors de la réalisation d’un mouvement est encore différente des deux précédentes. Le mouvement du musicien (exemple : l’archet d’un violoniste) s’effectue en réponse aux informations visuelles et auditives : il y a donc communication entre ces différentes parties du cerveau.

b. Autre exemple : sujet qui voit une balle qu'il va attraper avec sa main

Expérience :
Le sujet est assis devant une table et doit attraper une balle qu’une personne lâche devant lui. Le chronomètre est déclenché quand la balle est lâchée.

Observations : description de l’activité du cerveau au cours du jeu.

La première zone cérébrale qui s'active est située vers l’arrière du cerveau : c’est là que les messages nerveux arrivent de l’œil (vision de la balle qui tombe). Un message nerveux sensitif a donc circulé entre l’œil et le cerveau.
Puis des zones situées dans la partie médiane du cerveau s’activent.
Enfin, une petite partie du cerveau reste active et élabore le message nerveux moteur : cela entraîne la fermeture de la main et la capture de la balle. Un message nerveux moteur a donc circulé entre le cerveau et la main.

Remarque : les temps indiqués en secondes montrent que la réception, l’analyse et l’élaboration des messages nerveux par le cerveau est très rapide.

Conclusion :
Le cerveau est un centre nerveux qui analyse les messages nerveux sensitifs venant des organes sensoriels, et élabore en réponse des messages nerveux moteurs qui sont transmis aux muscles.

2. Des techniques d'exploration du cerveau

a. L'imagerie fonctionnelle

Cette technique permet d’observer le cerveau en activité.
Le principe repose sur la détection dans le cerveau des variations de débit sanguin et de la quantité de dioxygène ou de glucose consommés, liées à l’activité du cerveau.

Les zones en rouge représentent une augmentation de l’activité dans le cerveau par rapport à l’état de repos.

b. L'IRM

L’IRM ou Imagerie par Résonance Magnétique est une technique qui consiste à placer le patient dans un champ magnétique. Les données recueillies sont traitées par voie informatique et donnent une image du cerveau. Cette technique ne donne pas de renseignement sur le fonctionnement cérébral.

c. La scintigraphie

Cette technique utilise des marqueurs radioactifs qui se fixent dans le cerveau en fonction de son activité. Toute zone marquée par le produit radioactif correspond à une zone active dans laquelle la circulation sanguine a été accélérée.

d. L'EEG

L’Electro-EncéphaloGraphie enregistre, à l’aide d’électrodes placées sur la surface du cuir chevelu, des variations de signaux électriques produits au niveau du cortex cérébral.

e. Le Scanner

Le Scanner, appelé aussi tomodensitométrie, est un examen qui utilise les rayons X.
Son principe consiste à réaliser des images en coupes fines du corps. Au lieu d'être fixe, le tube de rayons X va tourner autour du patient et grâce à un système informatique puissant, des images sont obtenues. Ensuite, elles sont imprimées sur un film pour être étudiées.

Dans la plupart des cas, un produit de contraste à base d'iode est utilisé pour améliorer leur qualité. Il peut être injecté par voie intraveineuse, avalé ou encore introduit par l'anus.

3. Des aires spécialisées : schéma des différentes zones du cerveau et leur rôle

L'essentiel

Les organes récepteurs ou sensoriels informent notre organisme sur son environnement à l’aide de messages nerveux sensitifs. Ces messages circulent par des nerfs sensitifs jusqu’au cerveau, centre nerveux qui les analyse alors. Le cerveau élabore, enfin, des messages nerveux moteurs transmis par des nerfs moteurs aux organes effecteurs que sont les muscles.

Le cerveau permet la perception de l’environnement et la commande du mouvement.

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