SVT - Première ES et L
Chapitre 2.2
La chimie de la perception
OBJECTIF

I. La transmission synaptique se fait par voie chimique
A. Une synapse est une jonction entre deux neurones successifs
B. La transmission synaptique fait intervenir un neurotransmetteur
C. Les synapses permettent la plasticité cérébrale
L'essentiel

II. La perception peut subir des perturbations chimiques
A. Les substances hallucinogènes perturbent la vision
B. Les drogues agissent au niveau synaptique
C. La consommation de drogue entraîne des troubles du fonctionnnement général de l'organisme
L'essentiel

BILAN
 
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1. Image psychédélique - 2. Affiches psychédéliques
Le psychédélisme est un mouvement artistique, apparu dans le milieu des années 1960, qui s'inspire des perceptions sensorielles (visuelles et auditives) ressenties sous l'effet des drogues hallucinogènes.
Images :1illusionfolie.kazeo.com -2 dessin-peinture.aceboard.fr
     

OBJECTIF

Alors que les messages nerveux sont de nature électrique, des substances chimiques peuvent provoquer des sensations visuelles et auditives.

On recherche comment les substances hallucinogènes et quelles sont les conséquences de leur utilisation.

   
I. La transmission synaptique se fait par voie chimique
I.A. Une synapse est une jonction entre deux neurones successifs
 
Organisation des neurones
Dans le cerveau les neurones sont organisés en réseau. Le message nerveux emprunte obligatoirement plusieurs neurones successifs.
Image : www.ac-nancy-metz.fr
 
Le message nerveux est de nature électrique
On enregistre les manifestations électriques d'une fibre nerveuse à l'aide d'un oscilloscope. En réponse à une stimulation on observe une série de signaux électriques brefs, peu intenses (1/10 de volt environ), d'amplitude constante et fréquence est proportionnelle à l'intensité de la stimulation.
Image : Sciences Bordas 1e ES/L, 2011 p. 35
 
Une synapse
Un synapse est constituée par :
- la terminaison d'un neurone présynaptique (N pré) où on observe des vésicules synaptiques (V) ;
- un espace (ES) ou fente synaptique dont la largeur varie entre 20 et 50 nm ;
- la membrane d'un neurone postsynaptique (N post) d'un autre neurone.
Le message, de nature électrique, est interrompu au niveau de la synapse car les signaux électriques ne peuvent pas franchir l'espace synaptique.
Images : 1 www.univ-orleans.fr - 2 www.myspace.com/lasynapse
I.B. La transmission synaptique fait intervenir un neurotransmetteur
 
Organisation de la synapse au niveau de zone de contact (MET) : A Au repos ; B Lors de l'arrivée d'un message nerveux
1
Vésicule de neurotransmetteur ; 2 Membrane présynaptique ; 3 Espace synaptique ; 4 membrane postsynaptique ; 5 Ouverture d'une vésicule synaptique à la surface de la membrane présynaptique.
Le franchissement de l'espace synaptique par le message nerveux se fait par voie chimique (neurotransmetteur).
Image : Sciences Nathan 1e ES/L, 2011 p. 77
 
Les étapes de la transmission synaptique
1 Stockage du neurotransmetteur dans une vésicule ; 2 Arrivée du message nerveux présynaptique ; 3 Fusion de vésicules avec la membrane présynaptique ; 4 Libération du neurotransmetteur dans l'espace synaptique ; 5 Fixation du neurotransmetteur sur les récepteurs de la membrane postsynaptique par complémentarité de conformation ; 6 Naissance du message nerveux post synaptique ; 7 Inactivation rapide du neurotransmetteur par des enzymes ; 8 Recapture du neurotransmetteur.
L'inactivation et/ou la recapture du neurotransmetteur permettent d'interrompre le message nerveux.
Image (modifiée) : SVT Nathan 1S, 2001 p. 215
I.C. Les synapses permettent la plasticité cérébrale
 
Plasticité des connexions synaptiques
Chaque neurone du cortex établit environ 10 000 connexions synaptiques avec d'autres neurones (points blancs sur l'image de gauche). Lors d'un apprentissage de nouvelles synapses s'établissent entre les neurones du cortex et d'autres peuvent disparaître. Il en résulte une modification des réseaux neuronaux dans le cerveau, c'est la plasticité cérébrale.
Image : SVT 1eS, Belin 2011 p. 316
 
(...) Une grande part de l'organisation du cerveau est innée : par exemple, les axones (fibres nerveuses) venant de la rétine se projettent toujours sur le corps genouillé latéral (CGL) et les neurones du CGL se projettent toujours sur le cortex visuel primaire ou sur d'autres territoires corticaux engagés dans la vision. Mais, au sein de ces grandes lignes fixées par une "enveloppe génétique", des processus de plasticité génèrent de la variabilité et cela à plusieurs niveaux : celui de la molécule, du neurone et de ses synapses, des réseaux de neurones, des réseaux de réseaux... le cerveau n'a donc rien d'un automate rigidement câblé. Au contraire chaque cerveau est unique. (...). La plasticité est déjà présente chez l'embryon. Dès que les neurones sont différenciés, le système nerveux montre une activité spontanée importante qui participe à la mise en place du réseau de l'adulte. Des neurones meurent, d'autres persistent, les synapses se forment, se multiplient, certaines sont stabilisées, d'autre éliminées. (...) Il existe donc une variabilité épigénétique* (du cerveau).
Jean-Pierre Changeux, Les dossiers de la Recherche, n° 40 Le cerveau, août 2010
                                        * Épigénétique : qui n'est pas directement sous l'influence des gènes.
I. La transmission synaptique se fait par voie chimique

Du récepteur sensoriel aux aires corticales, les messages nerveux de nature électrique, empruntent une succession de neurones (on parle de chaîne neuronique). D'un neurone à l'autre, la transmission du message nerveux se fait par l'intermédiaire de synapses qui ne permettent pas le saut de charges électriques.

Lors de l'arrivée d'un message nerveux à l'extrémité du neurone présynaptique des vésicules de neurotransmetteur déversent une partie de leur contenu dans l'espace (ou fente) synaptique. Le neurotransmetteur se fixe alors, par complémentarité de forme, sur des récepteurs spécifiques portés par le neurone postsynatique. Cela peut déclencher la naissance d'un nouveau message nerveux de nature éclectique. Les molécules de neurotransmetteur sont ensuite rapidement dégradées et/ou recapturées par le neurone présynaptique pour y être recyclées.
   
II. La perception peut subir des perturbations chimiques
II.A. Les substances hallucinogènes perturbent la vision
 
L'ergot du seigle (flèche)
L'ergotisme (lien externe) est une très grave intoxication due l'ergot du seigle (lien externe) qui est un champignon parasite des céréales contenant de l'ergotamine. Celle-ci provoque notamment des convulsions et des hallucinations car elle perturbe la transmission synaptique au niveau cérébral.
Image : fr.academic.ru
  Buvards imprégnés de LSD ou "acide"
Le LSD (de l'allemand Lysergesäurediethylamid) est une drogue hallucinogène obtenue par synthèse à partir de l'acide lysergique voisin de l'ergotamine.
Image : thedividedsky.wordpress.com
 
Champignons hallucinogènes
La psilocybine est contenue dans des champignons hallucinogènes. Son mode d'action est voisin de celui du LSD. Parmi ses divers effets elle induit des distorsions visuelles ou auditives, provoque des visions extraordinairement colorées, en mouvements kaléidoscopiques où l'usager se perd dans un monde imaginaire.
Image : source non communiquée
 
Comprimés d'ecstasy
L'ecstasy est une drogue de synthèse qui en a, entre autres, des effets hallucinogènes. Par ailleurs l’individu peut ressentir un regain d’énergie, une euphorie et la suppression de certains blocages ou interdits dans les relations avec les autres.
Image : www.interieur.gouv.fr
 
Alcool et le champ visuel
Même en dessous du seuil toléré, l'alcool perturbe la vision par une mauvaise appréciation des distances et une diminution de l'étendue du champ de vision. Le cannabis a, entre autres, des effets comparables.
Image : Sciences 1e ES/L, Bordas 2011, p. 73
II.B. Les drogues agissent au niveau synaptique
II.B.1. Une drogue peut se substituer à un neurotransmetteur
 
Comparaison des molécules de sérotonine et de LSD
La sérotonine est l'un des nombreux neurotransmetteurs. Elle intervient dans diverses fonctions cérébrales (perception sensorielle, humeur, émotivité, sommeil...). La partie de la molécule qui se fixe sur le récepteur a une coformation semblable à celle d'une partie de la molécule de LSD. Les deux molécules peuvent donc se fixer sur le même récepteur. La psilocybine des champignons hallucinogènes a un mode d'action voisin. Le cannabis et les opioïdes (morphine, héroïne...) agissent de manière comparable mais avec d'autres neurotransmetteurs.
Image obtenue avec le logiciel RasTop
 
Activation des récepteurs à la sérotonine (IRMf)
Les tons froids correspondent à une activité faible, les tons chauds à une activité forte.
Les récepteurs spécifiques de la sérotonine sont largement répartis dans le cerveau (à gauche). Leur activité est augmentée par la consommation de LSD (à droite). On retrouve notamment le LSD dans les corps genouillés latéraux, principale zone de relais entre la rétine et le cortex visuel. Les molécules de LSD se fixent sur les récepteurs de la sérotonine, cela déclenche des messages nerveux visuels sans qu'aucune stimulation n'ait eu lieu.
Image (modifiée) : SVT 1e S, belin 2011 p. 312)
II.B.2. Une drogue peut empêcher la recapture d'un neurotransmetteur
 
Mode d'action synaptique de l'ecstasy
L'ecstasy n'agit pas en mimant les effets de la sérotonine, mais il favorise, sa libération et empêche sa recapture par le neurone présynaptique. Il en résulte que le neurotransmetteur s'accumule dans la fente synaptique et agit davantage sur le neurone post synaptique. Les amphétamines et la cocaïne agissent de manière comparable avec d'autres neurotransmetteurs.
Source : lecerveau.mcgill.ca
 
D'une manière générale toutes les substances psychotropes agissent au niveau synaptique en provoquant soit l'accumulation, soit l'élimination d'un neurotransmetteur, soit encore en mimant son action ou en l'inhibant.
II.C. La consommation de drogue entraîne des troubles du fonctionnnement général de l'organisme
 
Effet de l'ecstasy sur la densité des récepteurs de la sérotonine
Des babouins reçoivent deux doses par jour d'ecstasy à 5 mg/kg pendant 4 jours. 14 mois plus tard on évalue la densité des récepteurs à la sérotonine dans le cerveau.
L'ecstasy provoque une diminution durable du renouvellement des récepteurs de la sérotonine sur les membranes des neurones post synaptiques. L'effet de la drogue diminue donc au fur et à mesure des prises. Pour obtenir le même effet le consommateur doit alors augmenter les doses de drogue. Il y a alors tolérance ou accoutumance à la drogue. Les autres drogues agissent de manière comparable.
Image (modifiée) : Sciences 1e ES/L, Nathan 2011, p.80
 
Effet de l'ecstasy sur la production de sérotonine
Des rats reçoivent entre 0 (témoin) et 20 mg/kg d'ecstasy en deux doses par jour pendant 4 jours. On évalue la quantité de sérotonine dans le cerveau quelques heures après la dernière prise.
L'ecstasy provoque une diminution très rapide de la production naturelle de sérotonine par le neurone présynaptique. Il en résulte un état de manque pouvant conduire à une dépendance physique et/ou psychologique vis à vis de la substance. Les autres drogues agissent de manière comparable.
Image : Sciences 1e ES/L, Nathan 2011, p.80
 
Le bad-trip ou " mauvais voyage "
Outre des hallucinations visuelles (visions de cauchemar) et/ou auditives violentes le bad-trip se caractérise par des vomissements, des tremblements, des sueurs, une augmentation soudaine du rythme cardiaque, une pâleur, une forte montée d'angoisse, des crises de phobie ou de panique etc. Dans la panique générée par son état, l'individu peut devenir violent envers lui-même ou envers les autres.

Le flash-back
ou " syndrome post-hallucinatoire persistant "
Dans certains cas les drogues hallucinogènes se révèlent suffisamment traumatisantes pour que l'effet de bad-trip persiste plusieurs mois après l'effet de la prise de drogue. L'état dépressif qui en résulte peut conduire au suicide.
 
Drogues et accidents de la route
Alcool, cannabis et autres drogues modifient non seulement la perception visuelle mais agissent sur l'ensemble du système nerveux (mauvaise concentration, temps de réaction long...), rendant la conduite très dangereuse.
Les effets du cannabis complétant ceux de l'alcool, l'association des deux drogues est particulièrement meurtrière car elle multiplie par 15 le risque d'accident mortel.
Image : www.securite-routiere.gouv.fr
     
II. La perception peut subir des perturbations chimiques

Grâce à une similitude de conformation, certaines substances (comme le LSD) miment l'action des neurotransmetteurs (comme la sérotonine). Lorsqu’elles se substituent à eux sur les récepteurs postsynaptiques, cela génère des messages visuels sans stimulation lumineuse externe (hallucinations). On parle de drogues hallucinogènes.

Les drogues provoquent en outre des perturbations cérébrales graves :
- « flash-back » ou résurgence d’hallucinations et de crises de panique longtemps après l’arrêt de prise de drogue ;
- accoutumance qui se traduit par une diminution de l’effet de la drogue au fur et à mesure des prises, ce qui conduit à augmenter les doses ;
- dépendance physique car l’arrêt de la consommation de drogue provoque des troubles importants ;
- dépendance psychologique quand la drogue est prise pour continuer à se sentir bien.
Ces troubles sont source d’accidents, d’échec scolaire, professionnel ou sentimental, de marginalisation, etc.

   

BILAN

Entre deux neurones le message nerveux est transmis grâce à un neurotransmetteur chimique.

Diverses substances peuvent perturber la transmission synaptique en se substituant à un neurotransmetteur par exemple.

L'utilisation des ces substances présente un danger tant du point de vue individuel que sociétal.

   
 

Pour en savoir plus

Sitographie
Drogues & dépendances (site institutionnel)
Drogues info service
Le cerveau à tous les niveaux