Fiche explicative de la leçon: Organisation du système nerveux Biologie

Dans cette fiche explicative, nous allons apprendre à décrire l’organisation du système nerveux humain.

Une caractéristique fondamentale de l’être humain est sa capacité de ressentir, de penser, de toucher et de réagir au monde qui nous entoure. Le système qui rend cela possible dans le corps humain est le système nerveux. Des réflexes de base aux comportements plus complexes comme trouver de la nourriture et faire la cour à un partenaire potentiel, le système nerveux est un mécanisme électrique qui traverse tout le corps humain pour réaliser tous ces comportements.

Globalement, le système nerveux humain a trois fonctions principales : collecter les données sensorielles, traiter les informations et répondre par des réactions motrices. Le système nerveux reçoit des informations sur les conditions à l’intérieur et à l’extérieur du corps. Il traite et intègre ces informations à différents niveaux et dicte à l’organisme la manière dont il doit répondre.

Pour collecter, traiter et répondre efficacement aux informations, le système nerveux a une structure très organisée. Le système nerveux humain est divisé en deux parties principales : le système nerveux central (SNC) et le système nerveux périphérique (SNP). Ces deux divisions principales, illustrées à la figure 1, assurent que les trois grandes fonctions du système nerveux sont effectuées de manière efficace.

Comme vous pouvez le voir sur la figure, le SNC est constitué du cerveau et de la moelle épinière. En revanche, le SNP désigne tous les nerfs en dehors du SNC qui vont de la moelle épinière aux extrémités des membres et à d’autres organes. Cela comprend les nerfs crâniens, qui s’étendent du cerveau aux muscles du visage et aux organes sensoriels (les yeux, le bulbe olfactif, la langue et les oreilles).

Exemple 1: Décrire les principales divisions du système nerveux humain

Quelle partie du système nerveux est constituée des nerfs qui s’étendent du cerveau et de la moelle épinière aux membres et aux autres organes ? 

1. le système nerveux central
2. le système nerveux périphérique

Réponse

Une caractéristique fondamentale de l’être humain est sa capacité à ressentir, à penser, à toucher et à répondre au monde qui nous entoure. Le système qui rend cela possible dans le corps humain est le système nerveux. Des réflexes de base aux comportements plus complexes comme trouver de la nourriture et faire la cour à un partenaire potentiel, le système nerveux est le mécanisme électrique qui traverse tout le corps humain pour réaliser tous ces comportements.

Globalement, le système nerveux humain a trois fonctions principales : collecter les données sensorielles, traiter les informations et répondre par des réactions motrices. Pour collecter, traiter et répondre efficacement aux informations, le système nerveux a une structure très organisée. Le système nerveux humain est divisé en deux parties principales : le système nerveux central (SNC) et le système nerveux périphérique (SNP).

Le SNC est souvent appelé l’unité centrale de traitement du corps. Cela s’explique par le fait qu’il est responsable de l’intégration des informations sensorielles et de la réponse adéquate. Sur la figure ci-dessous, le système nerveux central, représenté en rose, est constitué du cerveau et de la moelle épinière.

Ces deux divisions principales garantissent que les trois grandes fonctions du système nerveux sont remplies de manière efficace. Le système nerveux périphérique, représenté en bleu, désigne tous les nerfs en dehors du SNC qui s’étendent de la moelle épinière aux extrémités des membres et à d’autres organes.

Par conséquent, la partie du système nerveux qui se compose des nerfs qui s’étendent du cerveau et de la moelle épinière aux membres et à d’autres organes est le système nerveux périphérique.

Regardons de plus près la fonction et l’organisation du SNC et du SNP.

Le SNC est souvent appelé l’unité centrale de traitement du corps. Cela est dû au fait qu’il est responsable de l’intégration des informations sensorielles et de la réponse adéquate. Le SNC se compose de deux éléments principaux, le cerveau et la moelle épinière, illustrés à la figure 2.

Le cerveau est responsable du traitement et de l’interprétation des informations sensorielles et de la coordination des fonctions du corps, à la fois de façon consciente et inconsciente. Les fonctions complexes, telles que la pensée et les émotions, ainsi que le maintien d’un milieu interne constant dans le corps (l’homéostasie), sont contrôlées par différentes parties du cerveau. Une fois les informations traitées par le cerveau, le cerveau déterminera la réponse appropriée.

Le cerveau va alors dicter et contrôler les fonctions de l’organisme en réponse aux informations interprétées en envoyant des signaux par le biais des neurones de la moelle épinière. La moelle épinière agit comme une autoroute de l’information. Elle est chargée de transmettre les messages du corps au cerveau et de transmettre les signaux du cerveau au corps.

Bien que le cerveau et la moelle épinière soient responsables du traitement et de la transmission d’informations au SNC, ils ne collectent pas les informations sur l’environnement externe et n’exécutent pas les commandes du cerveau. Ces fonctions sont plutôt attribuées au SNP. Regardons de plus près le SNP.

Le SNP comprend toutes les autres structures du système nerveux qui sont à l’extérieur du SNC. Le but principal du SNP est de transmettre des informations depuis et vers le SNC. En effet, dans les cellules nerveuses, les informations ne peuvent circuler que dans un seul sens. Ainsi, il y a un ensemble de neurones qui transporte l’information vers le SNC et un ensemble de nerfs qui transporte l’information hors du SNC. Ce flux d’informations dans le SNP peut être classé en deux sous-divisions : les divisions sensorielle et motrice, comme le montre la figure 3.

Les informations qui sont transmises de la périphérie vers le SNC sont des informations sensorielles et sont régulées par la division sensorielle du SNP. Au sein de la division sensorielle, les nerfs sensitifs recueillent les informations sur les stimuli physiques dans notre environnement ou les changements dans nos organes internes, et envoient ces informations au SNC pour faire le point sur l’état de notre corps et de l’environnement externe.

La collecte d’informations sensorielles provenant de notre corps et de l’environnement externe est effectuée par les nerfs sensitifs. Parfois, ces nerfs sont également décrits comme étant afférents. Cela se réfère au flux d’informations sensorielles en direction du SNC, car le mot afférent signifie en latin « apporter ».

La collecte d’informations sensorielles est effectuée par des récepteurs sensoriels des nerfs sensitifs, qui transmettent ensuite ces informations au SNP. Les nerfs sensitifs sont activés par des stimuli physiques ou chimiques de l’environnement comme les lumières, les sons ou les molécules contenues dans les aliments. Ces stimuli correspondent aux cinq principaux sens, tels que le toucher, l’odorat, le goût, l’ouïe et la vue (illustrés à la figure 4). De plus, les neurones sensitifs recueillent des informations sur la douleur, la position du corps (parfois appelée la proprioception), et des informations sensorielles de nos organes internes.

Assurons-nous de bien comprendre la signification des mots neurone et nerf. Les neurones se trouvent dans le SNC et le SNP. Cependant, dans le SNP, où l’on observe majoritairement des fibres nerveuses extrêmement longues, le terme nerf (ou fibres nerveuses) désigne un ensemble ou un groupe de neurones. Lorsque vous discutez des deux systèmes nerveux, vous utiliserez généralement « neurone » en parlant du SNC, mais « nerf » pour le SNP.

Une fois que les informations sensorielles, ou les données sensorielles, ont été recueillies, elles sont transmises par la division sensorielle du SNP au SNC pour que le cerveau les analyse et les traite. En tant que centre de commande, le cerveau formulera une réponse adaptée aux informations sensorielles collectées, généralement sous la forme d’une réaction motrice.

Alors que le cerveau formule une réponse coordonnée, c’est la division motrice du SNP qui transmet le signal du cerveau vers les muscles, les glandes ou les organes pour exécuter la commande.

Au sein de la division motrice, ce sont les nerfs moteurs qui sont chargés de transmettre les instructions du SNC à d’autres parties du corps, telles que les muscles ou les glandes. Les nerfs moteurs envoient des signaux dans la direction opposée aux nerfs sensitifs, puisqu’ils transmettent les ordres depuis cerveau pour contrôler la contraction des muscles lisses, squelettiques et cardiaques. Les nerfs moteurs sont aussi parfois appelés nerfs efférents. Le mot efférent signifie « emporter » en latin. Ainsi, le terme nerfs efférents décrit l’action des nerfs moteurs qui transportent les commandes du SNC vers les muscles, les organes et les glandes du SNP. La différence entre les flux d’informations des nerfs sensitifs (afférents) et moteurs (efférents) est illustrée dans la figure 5.

Lors de vos déplacements dans la journée, vous réaliserez que certaines réponses motrices sont des décisions qui nécessitent votre conscience, comme allumer une lumière lorsque vous ne voyez rien dans une pièce sombre. D’autres comportements moteurs se produisent automatiquement sans devoir transmettre constamment un message au cerveau. La respiration ou la digestion sont des exemples de comportements automatiques inconscients. Alors que nous savons que ces actions doivent être effectuées, elles se produisent sans notre conscience ou pensée intentionnelle. Ces deux types de réponse motrice sont gérés par l’une des deux principales sous-divisions de la division motrice : les systèmes nerveux somatique ou autonome, illustrés à la figure 6.

Les comportements moteurs volontaires comme ouvrir une porte ou allumer une lumière sont initiés par le cerveau et exécutés par les muscles squelettiques ou volontaires. Les muscles squelettiques sont généralement attachés au squelette et sont contrôlés par la pensée et la conscience. Cela signifie que le mouvement des muscles volontaires (squelettiques) est le résultat d’un acte intentionnel, généralement pour atteindre un objectif spécifique.

Le système nerveux somatique contrôle les muscles volontaires dans le corps en transmettant des commandes du SNC aux muscles squelettiques de la périphérie. Pour transmettre ces commandes motrices au muscle squelettique, le système somatique utilise des nerfs somatiques. Les nerfs somatiques relient le cerveau et la moelle épinière aux muscles squelettiques et aux récepteurs sensoriels de la peau.

En plus de contrôler les mouvements musculaires volontaires, le système somatique est responsable d’un type spécifique de réponse involontaire du muscle squelettique, appelée un réflexe. Pendant une action réflexe, les muscles réagissent involontairement sans l’intermédiaire du cerveau. Pour qu’une action réflexe se produise, le nerf somatique est directement connecté à la moelle épinière.

Le réflexe est un atout important. Cela permet aux muscles de répondre rapidement sans faire intervenir le cerveau, ce qui permet de protéger le corps contre certaines situations dangereuses. Par exemple, si vous touchez accidentellement quelque chose de très chaud, votre corps doit réagir très vite. Dans ce cas, un réflexe ne fait pas appel au contrôle volontaire des muscles et ordonne automatiquement au muscle de s’éloigner de la surface chaude. Il est possible qu’un réflexe soit contrôlé volontairement, ce qui peut être nécessaire si, par exemple, vous devez toucher ou tenir quelque chose de très chaud pendant un bref instant.

Exemple 2: Définir la fonction du système nerveux somatique

Le diagramme ci-dessous montre comment le système nerveux périphérique et sa division motrice sont divisés en différentes parties. Quelle est la fonction principale du système nerveux somatique ? 

1. de transmettre des informations aux muscles et aux glandes qui ne sont pas contrôlés de façon volontaire ou consciente
2. de transmettre des informations aux muscles qui sont contrôlés de façon volontaire ou consciente et de générer des actions réflexes.

Réponse

Au sein de la division motrice, ce sont les nerfs moteurs qui sont chargés de transmettre les instructions du SNC à d’autres parties de votre corps, telles que les muscles ou les glandes. Les nerfs moteurs envoient des signaux dans la direction opposée aux nerfs sensitifs, transmettant des ordres depuis le cerveau pour contrôler la contraction des muscles lisses, squelettiques et cardiaques.

Les comportements moteurs volontaires comme ouvrir une porte ou allumer une lumière sont initiés par le cerveau et exécutés par les muscles squelettiques ou volontaires. Les muscles squelettiques sont généralement attachés au squelette et sont contrôlés par la pensée et la conscience. Cela signifie que le mouvement des muscles volontaires (squelettiques) est le résultat d’une pensée intentionnelle, généralement pour atteindre un objectif précis.

Le système nerveux somatique contrôle les muscles volontaires dans le corps en transmettant des commandes du SNC aux muscles squelettiques de la périphérie. Pour transmettre ces commandes motrices au muscle squelettique, le système somatique utilise des nerfs somatiques. Les nerfs somatiques relient le cerveau et la moelle épinière aux muscles squelettiques et aux récepteurs sensoriels de la peau.

En plus de contrôler les mouvements musculaires volontaires, le système somatique est responsable d’un type spécifique de réponse involontaire du muscle squelettique, appelée un réflexe. Pendant une action réflexe, les muscles bougent involontairement sans avoir besoin du cerveau. Pour qu’une action réflexe se produise, un nerf somatique est directement connecté à la moelle épinière.

Le réflexe est un atout important. Il permet aux muscles de répondre rapidement sans avoir recours au cerveau, ce qui protège le corps de certaines situations dangereuses. Par exemple, si vous touchez accidentellement quelque chose de très chaud, votre corps doit réagir très vite. Dans ce cas, un réflexe ne fait pas appel au contrôle volontaire des muscles et ordonne automatiquement au muscle de s’éloigner de la surface chaude. Il est possible qu’un réflexe soit contrôlé volontairement, ce qui peut être nécessaire si, par exemple, vous devez toucher ou tenir quelque chose de très chaud pendant un bref instant.

Par conséquent, la fonction principale du système nerveux somatique est de transmettre des informations aux muscles qui sont contrôlés de façon volontaire ou consciente et de générer des actions réflexes.

Bon nombre des comportements qui vous maintiennent en vie et en bonne santé ne sont pas dus aux actions volontaires et conscientes des muscles squelettiques. Des actions comme la respiration ou la digestion se produisent inconsciemment, mais sont indispensables à notre survie ! Le système nerveux autonome est la partie de la division motrice qui contrôle les muscles des organes internes, tels que les pupilles, les vaisseaux sanguins, les poumons, l’estomac et les intestins.

Le système nerveux autonome aide à contrôler les actions involontaires telles que notre fréquence cardiaque, la digestion, la fréquence respiratoire, la salivation, la transpiration, le diamètre de la pupille, la miction et l’excitation. Ce sont les muscles involontaires qui les contrôlent. Les muscles involontaires ou lisses se trouvent dans les parois des organes et des structures tels que l’œsophage, l’estomac, les intestins et les vaisseaux sanguins. Contrairement aux muscles squelettiques ou volontaires, les muscles lisses ne peuvent jamais être contrôlés volontairement.

Étant donné que les muscles involontaires ne peuvent jamais être sous notre contrôle, le système nerveux autonome agit en tant que système de contrôle pour réguler les fonctions de survie les plus basiques de l’être humain ! 

Pour résumer, le flux d’informations dans le système nerveux se déroule plus ou moins de manière linéaire. D’abord, les informations sensorielles sont collectées par les nerfs sensitifs ou afférents du SNP, puis elles sont acheminées vers le SNC pour être assimilées et traitées. Dans le SNC, le cerveau élabore une réponse motrice adaptée. En fonction du type de réponse nécessaire, la réaction motrice est gérée par le système nerveux somatique ou autonome. Si la réponse motrice est volontaire, comme le fait d’appuyer sur une touche d’un clavier, le système nerveux somatique sera utilisé. Si la réponse motrice est involontaire, comme la toux ou la respiration, le système nerveux autonome sera utilisé. La coordination de ces fonctions motrices en réponse à des informations sensorielles nous permet de stabiliser l’homéostasie pour maintenir notre milieu interne dans un état assez constant et stable. Ce processus est résumé dans la séquence ci-dessous.

Exemple 4: Comprendre le flux fonctionnel de l’information dans le système nerveux humain

Lequel des diagrammes suivants décrit correctement le fonctionnement du système nerveux humain ? 

Réponse

Le flux d’informations au sein du système nerveux se déroule de manière un peu linéaire. Premièrement, les informations sensorielles sont collectées par les nerfs sensitifs ou afférents du SNP ; les informations sont ensuite acheminées vers le SNC pour être intégrées et traitées. Dans le SNC, le cerveau élabore une réponse motrice coordonnée. En fonction du type de réponse nécessaire, la réaction motrice est gérée par le système nerveux somatique ou autonome. Si la réponse motrice est volontaire, comme le fait d’appuyer sur une touche du clavier, le système nerveux somatique sera utilisé. Si la réponse motrice est involontaire, comme la toux ou la respiration, le système nerveux autonome sera utilisé. La coordination de ces fonctions motrices en réponse à des informations sensorielles nous aide à stabiliser l’homéostasie afin de maintenir notre milieu interne dans un état relativement constant et stable. Ce processus est résumé comme suit : 

Par conséquent, pour répondre à la question, nous cherchons un organigramme qui détaille ce même flux d’informations linéaire. La première case doit décrire la division sensorielle du SNP recevant des informations des milieux interne ou externe. La deuxième case doit décrire comment les informations sensorielles recueillies à partir du SNP sont ensuite envoyées au SNC pour être traitées par le cerveau. La troisième case doit décrire le cerveau qui envoie la réponse coordonnée à la division motrice du SNP. Et la dernière case doit décrire comment cette réponse motrice nous permet de stabiliser l’homéostasie ou de maintenir un milieu interne constant et normal dans notre corps.

Les choix de réponse A et D ont tous deux la bonne première case décrivant la réception d’informations du milieu interne ou externe. Par conséquent, nous pouvons réduire nos choix à l’une de ces deux réponses. Pour éliminer une de ces réponses possibles, nous devons chercher la réponse qui contient les bonnes informations dans la deuxième case, le traitement de l’information sensorielle. Une seule réponse contient les bonnes informations dans la deuxième case. Pour être sûrs d’avoir choisi la bonne réponse, nous voulons nous assurer que les troisième et quatrième cases décrivent la coordination d’une réponse et le maintien de l’homéostasie.

Par conséquent, le diagramme qui décrit correctement le fonctionnement du système nerveux humain est D.

Résumons ce que nous avons appris dans cette fiche explicative.