Mécanismes d'un mouvement volontaire, exercice 1

Énoncé

Le sujet (d'après bac S, 2017, Métropole)

Expliquez les mécanismes nerveux aboutissant à un mouvement volontaire, incluant le fonctionnement de la synapse neuromusculaire.
Vous rédigerez un texte argumenté. On attend que l'exposé soit étayé par des expériences, des observations, des exemples, etc.

Ce qu'il ne faut pas faire

$\bullet$ Faire un hors-sujet sur la motricité réflexe ou oublier de faire des schémas.
$\bullet$ Commettre des erreurs sur la problématique : l'essentiel est de délimiter précisément le sujet en lisant attentivement la problématique et en tenant compte, si besoin, des indications supplémentaires fournies par l'énoncé. Deux écueils importants sont à éviter : l'oubli d'une partie du sujet et le hors-sujet. Pour cela, lors de l'élaboration au brouillon de votre plan détaillé, faites des allers-retours réguliers entre l'énoncé et votre plan en cours de construction pour vérifier qu'il répond bien à la problématique. Puis rédigez directement votre développement sur la copie en suivant votre plan détaillé. Selon vos préférences, il est possible de rédiger l'introduction et la conclusion au brouillon, ou de les rédiger directement sur votre copie.

La bonne méthode

Élaborer un plan détaillé au brouillon

La meilleure méthode pour élaborer les réponses aux exercices 1 et 2 est de construire un plan détaillé de ces réponses au brouillon. En effet, la durée de l'épreuve est trop courte pour vous permettre de rédiger au brouillon la réponse, puis de la recopier sur votre copie ; de toute manière, la réalisation d'un plan détaillé est la méthode la plus efficace pour construire une réponse structurée et répondant à la problématique. Après avoir bien identifié la problématique présentée par l'énoncé, vous pouvez noter au brouillon toutes les notions qui se rapportent au sujet (exercice 1) ou analyser les documents dans l'ordre de l'énoncé, soit au brouillon, soit directement sur l'énoncé (exercice 2). Puis, en prenant le temps de la réflexion, construisez votre plan détaillé au brouillon en structurant le développement en différentes parties et sous-parties. Prévoyez l'intégration des différents arguments (observations et expériences dans l'exercice 1, et informations extraites des documents dans l'exercice 2), ainsi que la position des schémas, tableaux ou graphiques. Une fois votre plan détaillé fini, essayez d'avoir une vue d'ensemble de celui-ci pour vérifier qu'il répond bien à la problématique par une argumentation ou une démarche de résolution de problème cohérentes et rigoureuses. N'hésitez pas à consacrer le temps nécessaire à la construction de ce plan, qui constitue un temps de réflexion indispensable, garant de la qualité de votre réponse.

Structurer sa réponse sur la copie

Pensez à aider l'évaluateur à se repérer facilement dans votre copie, en indiquant clairement les numéros et les titres des exercices traités. Aérez votre copie en sautant des lignes entre l'introduction, le développement et la conclusion de chaque exercice, ainsi qu'entre les grandes parties du développement. Organisez votre texte en différents paragraphes, chaque paragraphe traitant une grande idée. Sans que cela soit obligatoire, les grandes parties du développement des réponses des exercices 1 et 2 peuvent être annoncées par des titres significatifs. Ces titres peuvent être numérotés et/ou mis en valeur (soulignés ou en couleur) pour aider l'évaluateur à les repérer et à appréhender la structure de votre réponse.

Corrigé

Le corrigé

Nous faisons constamment des mouvements volontaires, comme saisir un objet, marcher, ou écrire, etc. Une fois la décision prise de faire un mouvement, sa réalisation par les muscles paraît instantanée. En effet, le système nerveux, système de communication rapide au sein de l'organisme, est responsable de transmettre l'information motrice du cerveau vers les muscles effecteurs. Quels sont les mécanismes nerveux aboutissant à un mouvement volontaire ? Quel est le fonctionnement de la synapse neuromusculaire ? Nous décrirons d'abord les mécanismes nerveux de la motricité volontaire, en détaillant le trajet des voies nerveuses motrices partant du cerveau, et en précisant la nature du message nerveux, puis nous exposerons la structure et fonctionnement de la synapse neuromusculaire.

I. Les mécanismes nerveux de la motricité volontaire

L'étude de cas cliniques, comme les blessures au niveau du cerveau et l'exploration du cortex cérébral par les techniques d'imagerie médicale montrent que la commande des mouvements volontaires est localisée dans le cortex cérébral, zone de faible épaisseur située à la surface du cerveau. Plusieurs aires cérébrales formant le cortex moteur coopèrent dans la commande de la motricité volontaire. L'intention du mouvement s'élabore dans le cortex pariétal, puis la commande du mouvement est préparée par l'aire prémotrice et l'aire motrice supplémentaire. L'aire motrice primaire commande alors le mouvement volontaire. Chaque région de l'aire motrice primaire commande une région précise du corps. Plus la motricité d'une région corporelle est complexe, plus la région de l'aire motrice primaire qui lui est dédiée est développée.
Issus de l'aire motrice primaire, les faisceaux de neurones pyramidaux projettent leurs axones vers le bulbe rachidien puis dans la moelle épinière. Au niveau du bulbe rachidien, les voies nerveuses motrices sont croisées : l'aire motrice primaire de l'hémisphère gauche contrôle les mouvements de la partie droite du corps, et réciproquement. Puis, dans la moelle épinière, les terminaisons synaptiques des neurones pyramidaux entrent en contact, par l'intermédiaire d'une synapse, avec les corps cellulaires des motoneurones ou neurones moteurs. Au niveau de cette synapse, l'arrivée du message nerveux moteur à l'extrémité du neurone présynaptique entraîne la libération de neurotransmetteurs, qui se fixent sur des récepteurs spécifiques de la membrane du motoneurone, en adéquation avec la nature excitatrice ou inhibitrice des messages nerveux moteurs arrivant. En effet, le corps cellulaire du motoneurone est connecté avec plusieurs synapses et intègre l'ensemble des informations nerveuses reçues par sommation spatiale (intégration des messages nerveux issus de différentes synapses en même temps) et temporelle (intégration des messages nerveux issus d'une même synapse sur un certain temps). Dans le motoneurone se forme un message nerveux moteur unique, véhiculé par l'axone, du motoneurone jusqu'au muscle. Au niveau du muscle, constitué de plusieurs cellules ou fibres musculaires, un même motoneurone innerve plusieurs fibres musculaires, mais une fibre musculaire ne reçoit l'information que d'un seul motoneurone.


La commande de la motricité volontaire : du cortex cérébral au muscle.

Les cellules de l'organisme sont caractérisées par un potentiel membranaire de repos, dont la valeur est −70 mV. Dans les neurones, cette valeur du potentiel membranaire peut être modifiée. Une stimulation suffisante du neurone entraîne une inversion transitoire de ce potentiel, ce qui constitue un potentiel d'action. Il est toujours identique, avec la même durée (2 ms environ) et la même amplitude. Il se propage le long de l'axone du neurone, de proche en proche, sans s'atténuer. Le message nerveux moteur consiste en une succession de potentiels d'action transmis le long de l'axone des neurones. Le message nerveux moteur est donc un message de nature électrique, dont l'intensité est codée en fréquence de potentiels d'action. Plus le nombre de potentiels d'action véhiculés par le neurone par unité de temps est élevé, plus l'intensité du message nerveux est forte. Comment fonctionne la synapse neuromusculaire, située entre le bouton synaptique du motoneurone et la fibre musculaire ?

II. Du motoneurone à la cellule musculaire : la synapse neuromusculaire

La synapse neuromusculaire est la zone de contact entre le motoneurone et le muscle. Le long de l'axone du motoneurone, le message nerveux moteur est véhiculé sous forme de trains de potentiels d'action. Arrivé à l'extrémité présynaptique du motoneurone, le message nerveux moteur déclenche l'exocytose de vésicules contenant un neurotransmetteur, l'acétylcholine. L'acétylcholine présente dans la fente synaptique se fixe sur ses récepteurs spécifiques de la membrane plasmique de la fibre musculaire, déclenchant un potentiel d'action musculaire qui entraîne la contraction de la fibre. Ainsi, au niveau de la synapse neuromusculaire, le message nerveux moteur du motoneurone est traduit en un message nerveux de nature chimique, dont l'intensité est codée en concentration de neuromédiateurs présents dans la fente synaptique et déclenchant la contraction musculaire.

Mécanismes d'un mouvement volontaire, exercice 1 - illustration 2

La synapse neuromusculaire.

Ainsi, la commande de la motricité volontaire se fait par voie nerveuse. Partant du cortex moteur, des neurones pyramidaux acheminent le message nerveux moteur dans la moelle épinière. Au niveau de la substance grise, le message nerveux moteur est transmis par l'intermédiaire d'une synapse à un motoneurone. Après intégration, le motoneurone transmet un message moteur unique jusqu'au muscle. Au niveau de la synapse neuromusculaire, le message nerveux moteur entraîne la libération de neurotransmetteurs, dont la fixation sur leurs récepteurs déclenche la contraction musculaire. Quels mécanismes sont-ils responsables de la contraction des fibres musculaires ?