Exercice corrigé Ancien programme

apprentissage chez l'aplysie et réseaux neuronaux

L'aplysie, souvent appelée lièvre de mer ou limace de mer, possède un siphon qui fait circuler l'eau dans ses branchies. C'est sa manière de respirer (prélèvement du dioxygène dissous) et son point sensible. Lorsqu'on stimule une partie de son corps, elle rétracte ses branchies par voie réflexe, ce qui les protège. Lorsqu'on réalise différentes expériences de stimulation, on peut enregistrer les messages nerveux au niveau des circuits de neurones schématisés dans le document 14. (Un type de neurone dessiné représente une population de neurones, par exemple, la population des motoneurones.)

Doc 14 Circuits neuronaux mis en jeu lors du retrait des branchies
de l'aplysie

Expérience. On fait suivre par intervalle de 0,5 seconde une stimulation faible du siphon par une stimulation électrique appliquée sur la queue. On renouvelle cette manipulation une dizaine de fois, puis on stimule le siphon seul, sans choc électrique associé. On observe que les branchies se contractent aussi fortement que si la stimulation avait été suivie d'un choc électrique  cet effet est conservé pendant plusieurs jours. Les chercheurs ont mis en évidence que le conditionnement est lié aux interneurones : le stimulus électrique excite ces interneurones qui libèrent leur neurotransmetteur (sérotonine) sur les terminaisons présynaptiques des neurones sensoriels innervant le siphon. Après conditionnement, ces neurones sensoriels libèrent davantage de neurotransmetteur à leur synapse avec les motoneurones des branchies.

Proposez une interprétation en termes de plasticité neuronale au conditionnement de l'aplysie.

Il ne s'agit pas de répéter le texte, votre réponse doit expliquer comment les stimulations répétées du siphon immédiatement suivies par celles de la queue ont provoqué un apprentissage (non conscient) chez l'aplysie.

Dans un premier temps il faut donc expliquer ce qu'a appris l'aplysie.

Puis proposer une interprétation au niveau neuronal (circuit mis en jeu lorsque le siphon est faiblement stimulé avant et après conditionnement).

Analyse du conditionnement

L'aplysie a appris à associer une stimulation faible du siphon à la survenue d'un choc électrique : ses muscles ont appris – processus inconscient – à se rétracter fortement, ce qui assure une meilleure protection des branchies.

Mise en relation avec le document 14

Lorsque le siphon est stimulé faiblement, les neurones sensoriels du siphon émettent un message transmis aux motoneurones qui commandent la contraction des muscles du siphon. Ce message est plus intense après conditionnement : les chercheurs ont montré que les synapses entre les neurones sensoriels du siphon et les motoneurones ont été renforcées : elles produisent plus de neurotransmetteur (sérotonine) qu'avant le conditionnement.

Ici on répond à la question « Pourquoi le muscle du siphon se rétracte-t-il plus fortement lorsqu'on stimule le siphon après conditionnement ? » mais pas à la question « Comment les synapses entre les neurones sensoriels du siphon et les motoneurones sont-elles devenues plus sensibles au cours du conditionnement ? ». Il reste à répondre à cette question, votre réponse n'est donc pas complète si vous vous êtes arrêté ici.

Mécanisme

Le fonctionnement quasi simultané des deux circuits neuronaux (stimulation faible du siphon + stimulation électrique forte de la queue) a modifié le fonctionnement des neurones sensoriels du siphon qui sont devenus plus sensibles : ils ont été sensibilisés par les interneurones du circuit de la queue qui établissent des synapses avec leurs terminaisons (document 18 b).

Lorsque les deux types de neurones sont stimulés simultanément au cours du conditionnement, les interneurones stimulent les neurones sensoriels du siphon qui produisent davantage de neurotransmetteur. Cette expérience répétée une dizaine de fois dans un laps de temps court, suffit pour modifier les synapses des neurones sensoriels du siphon avec les motoneurones : elles sont devenues plus efficaces, même sans l'intervention des interneurones (document 18 c).

Doc 18 Remodelage synaptique au cours du conditionnement

a. Situation avant le conditionnement.

b. Situation pendant le conditionnement.

c. Situation après le conditionnement.

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