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La communication nerveuse

Corps humain et santé

Cycle 4

4e

Introduction

Organisation des séances

Scénario organisé en 4 séances pour un total de 4h20.

  • Séance 1 : 0h20

  • Séance 2 : 1h30

  • Séance 3 : 1h00

  • Séance 4 : 1h30

Objectifs visés

  • Identifier les événements associés à une réponse motrice adaptée à la perception d’un stimulus extérieur.
  • Repérer, expérimentalement, les structures anatomiques impliquées dans cette réponse physiologique.
  • Associer, à chaque structure anatomique sollicitée, un rôle précis dans l’élaboration et le traitement de la réponse physiologique.
  • Identifier les supports cellulaires du système nerveux (les neurones) et mettre en évidence le mode de communication neuroneuronique.
  • S’informer sur l’effet délétère provoqué par certaines situations ou par la consommation de certaines substances sur le fonctionnement du système nerveux.

Pré-requis

Notions acquises en cycles 2 et 3 du primaire.

  • Le corps de l’enfant et l’éducation à la santé (notions simples de physiologie et d’anatomie). Perception : les organes des sens nous permettent d’appréhender le monde qui nous entoure.
  • Le corps humain et l’éducation à la santé : rôle des organes des sens dans le mouvement. Le mouvement correspond à la mise en mouvement des muscles commandés par le cerveau qui reçoit les informations par l’intermédiaire des sens. Traitées par le cerveau, ces informations permettent de se repérer, de s’orienter, de communiquer.

Capacités/Compétences acquises à l’entrée en 4e

  • Connaître les étapes essentielles d’une démarche d’investigation.
  • Se questionner, formuler un problème scientifique.
  • Formuler des hypothèses recevables au regard du contexte étudié.
  • Valider ou invalider ces hypothèses à partir d’observations, d’expériences et de l’exploitation de résultats expérimentaux.
  • Suivre et respecter un protocole expérimental.
  • Utiliser des outils d’observation en sciences.
  • Communiquer à l’aide de langages et d’outils adaptés.
  • Être acteur dans son environnement, adopter un comportement responsable.

Séance 1

Durée

0h20

Situation déclenchante

Observation d’un court extrait d’un match de football. Seul dans ses buts, le gardien bondit comme un félin pour détourner la frappe de l’attaquant adverse… Cette situation sportive, connue de tous, peut constituer, lorsqu’elle est méthodiquement décortiquée sur le plan physiologique, une mise en contexte ciblée pour l’étude à suivre.

Problème

Que s’est-il passé entre la frappe de l’attaquant et le geste du gardien de but ? Quels sont les événements qui, sur le plan physiologique, se sont chronologiquement enchaînés ?

Supports

Courte séquence vidéographique extraite d’un match de football. Exemple d’une séquence présentant un tir au but détourné par le gardien de but sur le site de l’Ina (à 06 min 00 s).

Consigne

Découpez l’action du gardien de but en étapes élémentaires. Pour chacune d’elles, proposez des hypothèses sur la nature et le rôle des organes qui sont entrés en jeu dans le comportement du gardien.

Activités

Dans cette courte mise en situation, chaque élève s’attelle à décomposer l’action pour sélectionner les événements élémentaires associés. Chacun de ces événements doit alors être associé à une sollicitation d’un organe, sensitif d’abord, moteur pour les étapes suivantes. La réponse de l’élève, émise sous forme d’hypothèses, enchaîne chronologiquement les étapes.

Production attendue

Texte ou schéma, produit par chaque élève de manière autonome, présentant l’intervention d’organes sensitif et moteur dans l’enchaînement des étapes liées au geste sportif.

Bilan

La mise en œuvre de cette courte activité introductive permet, en prenant appui sur une situation connue de chacun, d’identifier quelques acteurs clés de la mise en mouvement en réponse à un stimulus extérieur. Œil, centres nerveux, muscles constituent des termes ou expressions évoquées par les élèves dans leurs hypothèses.

Séance 2

Durée

1h30

Situation déclenchante

Retour sur les acquis de la séquence précédente. L’enseignant peut ici choisir de les représenter sous la forme d’un schéma de type « boîte noire ». Ce dernier présente en amont le stimulus mis en jeu (visuel), le récepteur impliqué (œil) dans sa perception puis, en aval de la boîte, les organes effecteurs (muscles) et la réponse (bond du gardien de but). Le temps écoulé entre l’émission du stimulus et la réponse motrice du sujet peut être indiqué sur ce schéma. La présentation schématique ainsi proposée permet aux élèves de se questionner sur le contenu de la « boîte noire ».

Problème

Quels liens unissent les yeux aux muscles responsables de la réponse motrice du gardien de but ? Comment est assurée la communication entre les yeux (organes sensoriels mis en jeu ici) et les muscles (organes effecteurs du mouvement) ?

Supports

 

Consigne

Les vertébrés sont pourvus des mêmes plans d’organisation, des mêmes récepteurs visuels, de la même configuration cérébrale et de la même organisation musculaire. Afin de découvrir les liens unissant les structures mises en jeu dans la réponse du gardien lors du tir au but, on se propose de mettre à jour ces structures par deux dissections complémentaires.

En choisissant de travailler sur le poisson ou la grenouille, réalisez la dissection d’un de ces vertébrés afin de mettre à jour la liaison [récepteur visuel/cerveau] (dissection de la tête de poisson) ou la liaison [moelle épinière/muscle] (dissection des pattes de grenouille).

Présentez votre dissection légendée à vos camarades et prenez connaissance de leur production. Collectez les informations utiles et résumez-les sur un schéma légendé illustrant le trajet du message nerveux depuis l’œil du gardien de but jusqu’à ses muscles permettant son saut salvateur.

Activités

Les activités proposent la découverte expérimentale des structures nerveuses en jeu dans la mise en mouvement en réponse à un stimulus extérieur. Chaque élève doit d’abord opérer un choix concernant le vertébré à disséquer et les structures nerveuses à mettre au jour.

À l’aide de protocoles explicites, il réalise la dissection et légende les structures qu’il a identifiées. Une des dissections doit mettre en évidence le récepteur visuel, le nerf optique et les lobes optiques chez le poisson. L’autre dissection la moelle épinière, le nerf sciatique et sa liaison au muscle gastrocnémien chez la grenouille.

La dissection légendée réalisée par chaque élève peut alors servir de support scientifique pour ses camarades, et inversement.

L’ensemble des informations recueillies permet de reconstituer la chaîne anatomique mise en jeu dans la réponse à un stimulus extérieur, puis de transférer les connaissances anatomiques acquises à l’exemple du gardien de but en pleine action. Il construit alors son schéma anatomique fonctionnel, légendé et répond ainsi à la consigne initiale.

Production attendue

Réalisation d’une des deux dissections proposées avec mise en évidence de la liaison nerveuse correspondante.

Construction d’un schéma fonctionnel légendé appliqué à l’exemple du gardien de but et présentant les structures nerveuses mises en jeu dans l’action étudiée.

http://www.reseau-canope.fr/corpus/video/le-fonctionnement-du-systeme-nerveux-118.htmlPrésentation, sur ce schéma fonctionnel, du trajet suivi par le message nerveux depuis le récepteur visuel jusqu’aux muscles des jambes du gardien de but. Présentation de la réponse motrice du sujet.

Bilan

Au terme de ces différentes démarches d’investigation, les notions du programme officiel peuvent être mises en place et explicitées par l’enseignant. Organes sensoriels, nerf sensitif, centres nerveux, nerf moteur et organe effecteur sont ainsi clairement identifiés et leur rôle présenté. La visualisation de la séquence Corpus « Le fonctionnement du système nerveux » vient alors renforcer les acquis de chaque élève et les enrichir par la mobilisation du vocabulaire scientifique requis.

Séance 3

Durée

1h00

Situation déclenchante

Le fonctionnement de l’organisme repose sur l’activité des cellules qui le composent. Quelques exemples peuvent être présentés concernant des types cellulaires rattachés aux grandes fonctions de l’organisme (on pensera notamment à la reproduction, étudiée dans le programme de 4e). L’enseignant peut questionner les élèves en ce qui concerne le support cellulaire de la communication nerveuse.

Problème

Quelles sont les cellules impliquées dans la communication nerveuse ? Quelles sont leurs principales caractéristiques ? Où les trouve-t-on ? Comment les observer ?

Supports

 

Consigne

En exploitant les ressources et le matériel mis à disposition, présentez schématiquement deux cellules nerveuses en contact et décrivez, par un texte utilisant le vocabulaire scientifique, comment celles-ci communiquent entre elles.

Activités

Dans cette activité réservée à l’étude de l’acteur cellulaire principal de la communication nerveuse, chaque élève peut commencer son travail par la consultation de la séquence « C’est pas sorcier » du Site.tv pour une première prise de contact avec les neurones.

Dans un second temps, l’exploration de coupe transversale de moelle épinière sur le site académique de Rennes permet, en zoomant progressivement sur la préparation histologique, d’accéder aux légendes décrivant la structure du neurone. L’élève peut alors entreprendre sa propre exploration au microscope photonique. Il repère ainsi, dans la corne antérieure de la substance grise, les corps cellulaires de motoneurones. La réalisation d’un schéma légendé peut commencer. Pour respecter la consigne, il lui revient de schématiser deux neurones voisins. L’élève cherche à représenter, schématiquement, la zone de connexion entre ces (ou ses) deux neurones.

L’étude de l’animation interactive modélisant la transmission synaptique lui permet de découvrir l’existence des zones synaptiques et les modalités de communication entre deux neurones. Les informations nouvellement acquises sont alors intégrées au schéma. Il veille, par ailleurs, à bien légender la structure synaptique représentée et à commenter les modalités de la communication neuroneuronique au travers d’un court paragraphe scientifique.

Production attendue

Réalisation d’un schéma légendé présentant deux neurones avec jonction neuroneuronique et rédaction d’un paragraphe scientifique présentant le fonctionnement, dans ses grandes lignes, d’une telle synapse.

Bilan

L’accomplissement de cette activité pratique liée à l’observation au microscope photonique et à l’étude de neurones permet à chaque élève de découvrir les caractéristiques essentielles du support cellulaire de la communication nerveuse. Les dendrites, le corps cellulaire, l’axone et la jonction synaptique sont ainsi identifiés et leur rôle respectif appréhendé. Une animation présentant le mode de fonctionnement de la synapse neuroneuronique peut permettre alors à l’enseignant d’insister sur quelques termes clés de la communication nerveuse (séquence Corpus « Le fonctionnement du système nerveux ») et de répondre aux éventuelles interrogations des élèves.

Séance 4

Durée

1h30

Situation déclenchante

Rappel sur les différents stimuli capables d’activer nos sens et d’induire des réponses adaptées. Les principes de la communication nerveuse, depuis le récepteur sensoriel jusqu’à la réponse motrice, sont remobilisés et l’intervention des neurones est soulignée. L’enseignant peut alors rappeler, en s’aidant d’affiches de prévention par exemple (lutte contre l’alcoolisme, prévention contre les effets délétères de la consommation de cannabis, etc.), que l’évitement de situations dangereuses ou simplement la conduite d’un comportement adapté à son environnement dépend de l’intégrité de cette communication nerveuse.

Problème

Comment certains comportements ou certaines substances peuvent-ils perturber la communication nerveuse et/ou détériorer le système nerveux ? Quelles sont les structures anatomiques touchées ? Les altérations constatées sont-elles réversibles ou non ?

Supports

  • Vidéo lesite.tv : Physiologie de l’oreille
  • Player de la séquence Corpus « le fonctionnement du système nerveux » présentant les cellules ciliées (lésées et non lésées) de l’oreille interne. (Le document présentant les cellules lésées doit être associé à Mélanie.)
  • Échelle des décibels sur le site de l’ADEME
  • Site de prévention des troubles auditifs Écoute ton oreille

Consigne

Depuis qu’elle a assisté, il y a trois jours, au grand meeting aéronautique de la base aérienne de Creil, Mélanie, jeune adolescente de 15 ans, se plaint auprès de ses parents d’acouphènes qui l’empêchent de mener à bien ses activités. Son audition est particulièrement perturbée puisqu’elle peine à entendre distinctement ses interlocuteurs, et donc peine à suivre une conversation. Face à cette gêne persistante, Mélanie et sa mère vous consultent en tant que médecin ORL.

À partir de l’exploitation des ressources fournies, recherchez l’origine du trouble auditif présenté par Mélanie et expliquez-lui les conséquences à longs termes sur son audition.

Activités

Dans cette tâche complexe, chaque élève doit s’informer et sélectionner, dans les documents fournis, les informations utiles pour répondre à la consigne.

La démarche peut commencer par la consultation de la séquence lesite.tv, qui permet de prendre connaissance du mode de fonctionnement de l’oreille interne.

Une mise en relation avec la présentation des cellules ciliées internes (document associé au player de la séquence Corpus) est alors possible. L’explication fournie par le praticien dans le vidéogramme du site.tv permet à l’élève de comprendre que la lésion de certaines cellules ciliées peut provoquer des troubles auditifs (acouphènes) et ne plus permettre, à long terme, la perception de certaines fréquences auditives. Une hypothèse concernant les symptômes auditifs présentés par Mélanie peut alors être émise, qui peut être confrontée aux autres ressources documentaires (échelle des décibels, site Écoute ton oreille) pour vérifier sa pertinence.

Production attendue

Réalisation d’un paragraphe scientifique argumenté et illustré, adressé à Mélanie, identifiant l’origine du traumatisme auditif et les conséquences à longs termes.

Bilan

L’accomplissement de cette tâche complexe permet de sensibiliser les adolescents aux traumatismes liés aux nuisances sonores. L’environnement est ici source d’agression et d’altération d’un récepteur sensoriel, le récepteur cellulaire auditif. Le traumatisme abordé dans le cas de Mélanie permet aussi d’informer les élèves sur le caractère irréversible d’une lésion affectant les cils de cellules ciliées internes.

D’autres exemples, évoqués par l’enseignant ou proposés en évaluation sommative, peuvent aussi montrer que le fonctionnement du système nerveux peut être perturbé par la consommation de certaines substances.

Conclusion

Ce scénario pédagogique mêle démarches d’investigations, expérimentales et tâches complexes. La conduite des activités présentées nécessite une autonomie déjà acquise pour la plupart des élèves. Pour remédier aux difficultés de méthode ou de manque d’autonomie affichés par certains élèves, l’enseignant peut prévoir des aides (« coups de pouce ») en veillant à bien cibler, à l’avance, les points potentiellement difficiles.

Afin d’enrichir les connaissances acquises concernant les perturbations occasionnées sur le système nerveux par la consommation de certaines substances, il est possible d’envisager une activité de type tâche complexe relative aux effets délétères liés à la consommation de cannabis. Un exemple présentant une telle activité est présenté sur le site académique de la Réunion.

La séquence Corpus « Les dangers du cannabis » permet une petite immersion dans un laboratoire de recherche. Cette approche peut être utile pour montrer aux élèves l’état de la recherche clinique en ce qui concerne les effets délétères de la consommation de cannabis et la mise au point de traitements adaptés.

Les notions acquises concernant l’étude du fonctionnement du système nerveux seront mobilisées dans différents niveaux d’enseignement des SVT au lycée. À titre d’exemples, on peut notamment citer le programme de seconde (thème corps humain et santé, modifications physiologiques à l’effort, exemple de la régulation nerveuse de la pression artérielle), ou le programme de série STL (Thème 3 – Les systèmes vivants maintiennent leur intégrité et leur identité en échangeant de l’information), ou encore celui de la terminale S (Thème 3-B – Neurone et fibre musculaire : la communication nerveuse).

Vidéos utilisées

Suggestion de scénarios pédagogiques