Transcript Thème 3 Corps humain et santé - SVT

source
source
source
Thème 3
Corps humain et santé
De l’œil au cerveau :
Quelques aspects de la vision
Lycée Philippe Lamour Nîmes
Points communs et nouveautés avec
l’ancien programme 1S
Nouveau programme :
Pas
d’équivalence
Le cristallin : une lentille vivante Le cristallin est
l’un des systèmes transparents de l’œil humain. Il est
formé de cellules vivantes qui renouvellent en
permanence leur contenu. Les modalités de ce
renouvellement sont indispensables à sa
transparence. Des anomalies de forme du cristallin
expliquent certains défauts de vision. Avec l’âge sa
transparence et sa souplesse peuvent être altérées.
Points communs et nouveautés avec
l’ancien programme 1S
Nouveau programme 1S :
Pas
d’équivalence
Les photorécepteurs : un produit de l’évolution
La rétine est une structure complexe qui comprend
les récepteurs sensoriels de la vision appelés
photorécepteurs. Celle de l’Homme contient les
cônes permettant la vision des couleurs (3 types de
cônes respectivement sensibles au bleu, au vert et
au rouge) et les bâtonnets sensibles à l’intensité
lumineuse.
Les gènes des pigments rétiniens constituent une
famille multigénique (issue de duplications) dont
l’étude permet de placer l’Homme parmi les
Primates.
Des anomalies des pigments rétiniens se traduisent
par des perturbations de la vision des couleurs.
Le message nerveux issu de l’œil est acheminé au
cerveau par le nerf optique.
Points communs et nouveautés avec
l’ancien programme 1S
Ancien programme :
Nouveau programme :
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.
Les zones corticales concernées sont constituées de
neurones interconnectés et organisés en colonnes.
Cerveau et vision : aires cérébrales et plasticité
Plusieurs aires corticales participent à la vision. L’imagerie
fonctionnelle du cerveau permet d’observer leur activation
lorsque l’on observe des formes, des mouvements.
La reconnaissance des formes nécessite une
collaboration entre les fonctions visuelles et la mémoire.
Des substances comme le LSD perturbent le
fonctionnement des aires cérébrales associées à la vision
et provoquent des hallucinations qui peuvent dériver vers
des perturbations cérébrales graves et définitives.
Des modifications de l'activité neuronale à la périphérie
régulent l'organisation dynamique du cortex. Elles se
traduisent par un remodelage des connexions
synaptiques, témoin de la plasticité neuronale.
La neuroplasticité est une propriété générale du
système nerveux central.
La mise en place du phénotype fonctionnel du système
cérébral impliqué dans la vision repose sur des structures
cérébrales innées, issues de l’évolution et sur la plasticité
cérébrale au cours de l’histoire personnelle. De même la
mémoire nécessaire par exemple à la reconnaissance
d’un visage ou d’un mot repose sur la plasticité du
cerveau. L’apprentissage repose sur la plasticité
cérébrale. Il nécessite la sollicitation répétée des mêmes
circuits neuroniques.
Points communs et nouveautés avec
l’ancien programme 1S
Points communs :
Plasticité cérébrale : part de
l’inné et de l’acquis dans la mise
en place du phénotype
fonctionnel.
Notion de récepteurs sensitifs
Différences :
Plus d’approche au niveau cellulaire :
neurone, codage du message nerveux,
transmission synaptique…
Étude aire corticale somato-sensorielle
remplacée par aires visuelles.
Les problèmes rencontrés :
Comment comprendre « l’effet du LSD » et
« la sollicitation répétée des mêmes circuits
neuroniques » (dernière partie) sans traiter
des neurones et de la synapse ?
Points communs et nouveautés avec
l’ancien programme 1L
Programme 1L :
Nouveau programme 1S :
L’œil : système optique de la formation des images.
L’œil est limité par trois enveloppes emboîtées : la
sclérotique, la choroïde, et la rétine qui se prolonge par le
nerf optique.
Il comprend des milieux transparents (cornée, humeur
vitrée, cristallin , humeur aqueuse) qui rendent possible la
formation d’images sur la rétine.
Le cristallin : une lentille vivante
Le cristallin est l’un des systèmes transparents de
l’œil humain. Il est formé de cellules vivantes qui
renouvellent en permanence leur contenu. Les
modalités de ce renouvellement sont indispensables à
sa transparence.
Des anomalies de forme du cristallin expliquent
certains défauts de vision. Avec l’âge sa transparence
et sa souplesse peuvent être altérées.
Points communs et nouveautés avec
l’ancien programme 1L
Ancien programme 1L :
La rétine : les photorécepteurs rétiniens génèrent des
messages sensoriels
Structure des photorécepteurs rétiniens
La rétine est un tissu nerveux. La représentation visuelle du
monde est dépendante de la diversité et des propriétés des
photorécepteurs rétiniens.
Les cônes et bâtonnets sont des cellules photoréceptrices
dont la répartition est variable suivant les endroits de la
rétine.
Fonction des photorécepteurs rétiniens.
La stimulation des photorécepteurs rétiniens par la lumière
est à l’origine du processus visuel. L’absorption des photons
par les pigments rétiniens des cônes et des bâtonnets est à
l’origine du message nerveux sensoriel. Ce processus se
traduit en message nerveux destiné au cerveau
Les bâtonnets sont les cellules photo réceptrices
fonctionnelles en faible éclairement.
La rétine humaine comprend trois types de cônes, chacun
présente un maximum de sensibilité pour une longueur
d’onde donnée. Ils participent à la vision des couleurs mais
sont beaucoup moins sensibles à la lumière que les
bâtonnets.
Le message nerveux provenant de la rétine est propagé par
les fibres du nerf optique sous forme de signaux électriques.
Nouveau programme 1S :
Les photorécepteurs : un produit de l’évolution
La rétine est une structure complexe qui comprend
les récepteurs sensoriels de la vision appelés
photorécepteurs. Celle de l’Homme contient les
cônes permettant la vision des couleurs (3 types de
cônes respectivement sensibles au bleu, au vert et
au rouge) et les bâtonnets sensibles à l’intensité
lumineuse.
Les gènes des pigments rétiniens constituent une
famille multigénique (issue de duplications) dont
l’étude permet de placer l’Homme parmi les
Primates.
Des anomalies des pigments rétiniens se traduisent
par des perturbations de la vision des couleurs.
Points communs et nouveautés avec
l’ancien programme 1L
Ancien programme 1L :
Nouveau programme 1S :
Les voies visuelles
Les messages nerveux véhiculés par les fibres du nerf
optique aboutissent à un relais cérébral connecté aux aires
du cortex visuel occipital.
Les fibres du nerf optique communiquent avec le relais
cérébral au niveau de synapses par un message chimique.
Toute perturbation du fonctionnement des synapses sous
l’action de substances chimiques a des conséquences sur le
fonctionnement des neurones.
Le cerveau : un exemple d’intégration des signaux
Le cortex visuel comporte plusieurs aires qui répondent de
façon spécifique à des aspects différents du stimulus visuel
(couleur, direction du mouvement, reconnaissance des
formes). D’autres aires corticales participent à l’élaboration
de la perception visuelle (cortex temporal, pariétal…). Les
différentes aires du cortex visuel échangent en permanence
des informations qui permettent une perception visuelle
globale des objets. L’organisation générale du cortex visuel
est la même pour tous (déterminisme génétique). Les
apprentissages et les expériences acquises sont à l’origine
d’une organisation différente des réseaux de neurones
corticaux qui fait qu’aucun cerveau ne voit le monde
exactement comme un autre.
Le message nerveux issu de l’œil est acheminé
au cerveau par le nerf optique.
Cerveau et vision : aires cérébrales et plasticité
Plusieurs aires corticales participent à la vision.
L’imagerie fonctionnelle du cerveau permet
d’observer leur activation lorsque l’on observe des
formes, des mouvements.
La reconnaissance des formes nécessite une
collaboration entre les fonctions visuelles et la
mémoire. Des substances comme le LSD perturbent
le fonctionnement des aires cérébrales associées à la
vision et provoquent des hallucinations qui peuvent
dériver vers des perturbations cérébrales graves et
définitives.
La mise en place du phénotype fonctionnel du
système cérébral impliqué dans la vision repose sur
des structures cérébrales innées, issues de
l’évolution et sur la plasticité cérébrale au cours de
l’histoire personnelle. De même la mémoire
nécessaire par exemple à la reconnaissance d’un
visage ou d’un mot repose sur la plasticité du
cerveau. L’apprentissage repose sur la plasticité
cérébrale. Il nécessite la sollicitation répétée des
mêmes circuits neuroniques.
Points communs et nouveautés avec
l’ancien programme 1L
Points communs :
Miliex transparents
Photorécepteurs
Bâtonnets (luminosité)
Cônes (3 couleurs)
Nerf optique
Aires visuelles multiples
Plasticité cérébrale : part de
l’inné et de l’acquis dans la mise
en place du phénotype
fonctionnel.
Différences :
Action des photons  création
d’un message nerveux
Anomalies (cristallin, pigments)
Famille multigénique des
pigments
Action LSD
Continuité avec les acquis de Seconde et de Collège
Seconde :
Thème 1 (sous-partie La nature du vivant)
« La cellule […] échange de la matière et de
l’énergie avec son environnement » ; notion
d’organites
« L’information génétique est contenue dans
la molécule d’ADN […] La variation
génétique repose sur la variabilité de la
molécule d’ADN (mutation) »
« L’universalité du rôle de l’ADN est un indice
de la parenté des êtres vivants ».
Thème 1 (sous-partie La biodiversité,
résultat et étape de l’évolution)
« Au sein de la biodiversité [génétique], des
parentés existent qui fondent les groupes
d’êtres vivants »
Thème 3 (sous-partie Une boucle de
régulation nerveuse)
Notion de capteurs (barorécepteurs)
envoyant un message à un centre nerveux
(bulbe rachidien).
Collège :
6ème (Diversité, parenté et unité des êtres vivants) : notion de cellule
(membrane, cytoplasme, noyau).
4ème (Relations au sein de l’organisme – La communication
nerveuse) : Notion de stimulation extérieure reçue par un organe
sensoriel : le récepteur.
Notion de message nerveux sensitif, transmis aux centres nerveux par
un nerf sensitif.
3ème (Diversité et unité des êtres humains) : Chaque gène est porteur
d’une information génétique et détermine un caractère héréditaire.
Chaque chromosome contient de nombreux gènes et est constitué
d’ADN.
3ème (Evolution des organismes vivants et histoire de la Terre) :
La comparaison des espèces conduit à imaginer entre elles une
parenté, qui s’explique par l’évolution.
La cellule, unité du vivant, et l’universalité du support de l’information
génétique dans tous les organismes, Homme compris, indique sans
ambiguïté une origine commune.
L’apparition de caractères nouveaux au cours des générations suggère
des modifications de l’ADN : ce sont les mutations.
4ème (Relations au sein de l’organisme – La communication
nerveuse) : Le cerveau est un centre nerveux qui analyse les
messages nerveux sensitifs (perception).
La consommation ou l’abus de certaines substances peuvent perturber
le fonctionnement du système nerveux.
La perception de l’environnement suppose des communications au sein
d’un réseau de cellules nerveuses appelées neurones
Des activités à privilégiées
(à répartir sur 3 ou 4 semaines)
Situation déclenchante : Travail à la maison à partir d’exemples simples : Cataracte / Daltonisme / LSD
Amène la problématique : Comment se construit la perception visuelle?
Cristallin : lentille vivante
Activité : Dissection et manipulation du cristallin. Groupe
Arguments :
Manipulation: ludique, compétence importante.
Réinvestissement des capacités exercées lors de la 1ère dissection, éventuellement évaluation.
Permet de localiser et comprendre l’organisation de l’œil et le rôle du cristallin.
Anomalie et évolution du cristallin
Classe entière
Base d’entraînement exercice IIB groupes hétérogènes
Compétence : Extraire et organiser des connaissances
Les photorécepteurs
Groupe
Situation initiale : Projection d’une photographie de lame mince de rétine. Problème de temps pour une
observation microscopique.
Activités :
Etude de Doc Photos MEB : distinction cônes et bâtonnets
Logiciels de simulation De Visu, L’Œil (fonctionnement du photorécepteur, transmission du message nerveux).
Constat : Pigments rétiniens photosensibles
Logiciel Phylogène : comparaison des pigments rétiniens chez les primates
Des activités à privilégiées ?
Les voies visuelles
Classe entière
De la rétine au cerveau
Recherche sur les voies nerveuses : cortex visuel, trajet des messages nerveux
Le message nerveux proprement dit : dépolarisation, potentiel d’action.
Prolongement - réinvestissement : relation phénotype/génotype
ex: Daltonisme
Aires cérébrales et plasticité
Groupe
Logiciel EduAnatomist (les différentes aires visuelles + plasticité cérébrale)
Action du LSD
Quelques pistes envisageables
Pistes AP
Pistes Traitement des déficiences du cristallin
• Etude statistique des déficiences de la vision (OMS)
- Capacités à tester : traduire des données sous forme de tableaux, graphiques, histogrammes…
Ex. http://who.int/mediacentre/factsheets/fs282/fr/index.html
• Faire un lien entre courbure du cristallin et degré de myopie (autres paramètres anatomiques supposés fixes)
- capacités à tester : construire un graphique et l’exploiter, à partir d’un tableau de données (données à trouver)
Piste des visions des couleurs chez les vertébrés
• Etude de graphes d’absorption
- capacités à tester : comparer des graphes de vision de différents animaux à celui de la vision humaine
• Mesure du champ visuel
- capacité à tester : construction du graphique et exploitation
Piste daltonisme
• Témoignage historique d’un daltonien et sa vision de l’environnement
- capacité à tester : comprendre et argumenter (document pouvant être dans une langue étrangère)
• Historique des découvertes sur le daltonisme
- capacité à tester : saisir des données, les traiter (recenser les informations) pour construire une frise des temps montrant
les étapes des découvertes concernant le daltonisme (histoires des Sciences)
utiliser les TICE (recherche + réalisation d’un diaporama)
• Voir comme un daltonien
- capacité à tester : utiliser les TICE (utilisation d’un logiciel en ligne http://www.vbfrance.com/codes/MODIFIERCOULEURS-COMME-DALTONIEN-VOIT_18354.aspx et exploitation de l’image, traitement, enregistrement…)
Quelques pistes envisageables
Pistes TPE
• Traitements actuels et/ou historique des déficiences du cristallin
• Comparé aux oiseaux, nous sommes tous daltoniens
• Vision de l’art chez les daltoniens ; utilisation de filtres
•…