En quoi l'homme réparé d'hier dessine-t-il l'homme augmenté de demain ?
TPE L'Homme augmenté :
La prothèse
A-Du cerveau au mouvement d’un organe
Le cortex moteur
Si les mouvements réflexes sont régis par la moelle épinière (la jambe se tend automatiquement lorsque le médecin frappe sous le genou), les mouvements volontaires en revanche trouvent leur source dans le cerveau.
Schéma des différentes zones du cerveau
Le contrôle des mouvements volontaires des diverses parties de notre corps est contrôlé par le « cortex moteur », situé dans le lobe frontal. On trouve un cortex moteur dans les deux hémisphères du cerveau, chacun contrôlant la partie opposée du corps : le cortex moteur de l’hémisphère droit contrôlant les mouvements de la partie gauche du corps et inversement. C’est ce que l’on appelle le « contrôle croisé ». Ce cortex moteur se subdivise en deux grandes zones, « l’aire 6 » et « l’aire 4 ».
À chaque muscle sa zone du cerveau
Étonnamment, la taille des différentes zones du cortex moteur n’est pas proportionnelle à celle des organes correspondants.
Si la superficie du cortex dédiée à chaque organe ne respecte pas les proportions du corps humain, c’est en fait qu’elle correspond au degré de complexité des mouvements que chacun de ces membres peut effectuer. Ainsi la main, bien que plus petite en taille que le tronc, a des capacités motrices bien plus riches, ce qui implique une zone de contrôle plus étendue dans le cerveau.
Le rôle du cervelet
Le cervelet, relié au cerveau par un pont de fibres nerveuses, est le centre de l’équilibre et de la coordination des mouvements, dont il ajuste la durée, l’amplitude et la succession en fonction des informations reçues au sujet de l’action en cours d’exécution.
Un mouvement en trois temps
La commande cérébrale d’un mouvement se décompose en trois grandes phases, dirigées par des régions spécifiques du cortex. Avant d’exécuter une série de gestes agencés en une « séquence motrice » cohérente, il faut d’abord que celle-ci soit choisie et planifiée. Il faut, premièrement, en réaction à une situation donnée, sélectionner une réponse adaptée, deuxièmement ordonner la série de contractions musculaires nécessaires pour la réaliser, et troisièmement, exécuter le mouvement ainsi anticipé. Ces trois opérations nécessaires au déclenchement d’un mouvement volontaire sont prises en charge par trois zones distinctes du cortex : le cortex préfrontal, qui prévoit le mouvement, le cortex prémoteur, qui agence les séquences motrices nécessaires, et le cortex moteur, en charge de la conduite de l’action.
Schéma du cerveau désignant les différentes aires qui interviennent lors d'un mouvement volontaire
Les informations émises par le cerveau sont transmises sous forme de messages nerveux. Les messages nerveux sont composés de minuscules signaux électriques appelés Potentiel d’Action et notés PA. Ces messages nerveux circulent dans le corps par le biais des neurones.
Les neurones sont des cellules qui se caractérisent par leur prolongement, en effet, elles comportent une structure cellulaire comparable aux autres cellules de l’organisme, c’est-à-dire : Membrane cytoplasmique – Cytoplasme – Noyau mais possèdent des dendrites et des axones. Les dendrites reçoivent un influx nerveux et conduisent celui-ci vers le corps cellulaire du neurone, si le stimulus est assez important, alors le neurone renverra un signal nerveux à travers l’axone qui permettra la synthèse de neurotransmetteurs via les synapses et donc le passage de cet influx nerveux à un autre neurone.
Schéma d'un neurone moteur
Le signal électrique ( ou message nerveux ) se crée grâce à l’inversion brutale du potentiel transmembranaire c'est-à-dire l’inversion spontanée des charges positives à l’extérieur de la membrane et des charges négatives à l’intérieur de la membrane : ces charges électriques sont les PA.
Le message nerveux est donc une succession de PA suite à une stimulation, celles-ci se transmettent par les synapses.
Schéma d’une zone de synapse
La synapse est une jonction entre une terminaison neuronale pré-synaptique et un autre neurone,c'est la région d'interaction entre deux cellules nerveuses qui permet le passage d'un signal.
Cependant on remarque un écart de 20 à 50 nm séparant la membrane pré-synaptique et post-synaptique, empêchant le passage directe du message nerveux. On peut alors se demander comment le signal électrique se propage.
Le passage se fait grâce à des substances chimiques, des neurotransmetteurs ( Nt ) stockées dans les vésicules du neurone présynaptique. Ces substances sont en réalité des esters (groupement caractéristique formé d'un atome lié simultanément à un atome d'oxygène par une double liaison et à un groupement du type R-COO-R' ). Ces esters se nomment acétylcholine (ACh ).
Représentation 3D et formule topologique de la molécule d’acétylcholine
Du cerveau aux muscles, il n’y a que deux neurones qui se relaient pour passer la commande d’un geste volontaire : les neurones pyramidaux, dont les axones se regroupent pour former différents faisceaux qui descendent dans la moelle épinière jusqu’aux motoneurones; et ces mêmes motoneurones, dont les axones sortent de la moelle épinière pour former les nerfs moteurs qui vont exciter nos muscles et produire le mouvement.
Schéma du fonctionnement interne à l’origine d’un mouvement
Définition Matière blanche : La substance blanche est un tissu de couleur blanchâtre qui fait partie du système nerveux central. Située dans le cerveau et la moëlle épinière, elle est constituée d'axones.
Les prothèses bioniques nécessitent donc une maîtrise importante du contrôle neuronal.
