La fuite en 30 millisecondes

Les élèves suivent un réflexe des yeux jusqu’aux muscles des pattes en 30 millisecondes environ, et montrent que la fuite rapide dépend d’un seul maillon : la fibre géante.

Un écran partagé est utile, mais facultatif : vidéoprojecteur, téléviseur ou écran d’ordinateur visible par toute la classe. Les élèves ont besoin d’un appareil connecté à Internet, idéalement un pour deux : ordinateur portable, tablette ou téléphone. Rien à installer, aucun compte à créer. Chaque leçon s’ouvre sur un court guide de lecture de l’écran, et il suffit d’appuyer sur un terme scientifique pour en afficher l’explication.

Arcs réflexes

Une voie réflexe complète en trois parties : le versant sensoriel (les neurones d’approche, qui signalent ce que voient les yeux), un relais (la fibre géante) et des motoneurones (les neurones du saut). À la différence du réflexe rotulien, ce relais passe par le cerveau.

Comment la structure d’un réseau détermine le comportement

Le signal converge de centaines de neurones d’approche vers la fibre géante. Ce goulot d’étranglement explique pourquoi faire taire un seul type de cellule supprime le comportement.

Synapses et neurotransmetteurs

La fibre géante est épaisse, ce qui rend son signal rapide. Chez la vraie mouche, elle utilise aussi des synapses électriques, les plus rapides ; le modèle n’a que des synapses chimiques.

1. 5 min

   Question d’ouverture

   Demandez : « Pourquoi est-il si difficile d’écraser une mouche ? » Recueillez quelques idées, puis annoncez que la classe va chronométrer la fuite de la mouche et trouver le fil qui la rend possible.

2. 10 min

   Démonstration avec « Montre-moi comment ça marche »

   Affichez la leçon en mode classe sur un écran partagé (vidéoprojecteur, téléviseur ou écran d’ordinateur) et appuyez sur « Montre-moi comment ça marche ». Lisez chaque étape à voix haute pendant qu’elle se déroule. Sans écran partagé, les élèves ouvrent la même démonstration sur leurs appareils. La démonstration s’arrête à la question de la leçon : laissez-la sans réponse pour l’instant.

3. 20 min

   Exploration par les élèves

   Les élèves travaillent en binômes sur leurs propres appareils, avec la fiche élève. Ils notent une prévision avant chaque appui, suivent la leçon, répondent à sa question, puis essaient l’exploration libre.

4. 10 min

   Discussion

   Recueillez les réponses des binômes à la question de la leçon, puis appuyez-vous sur les questions de discussion ci-dessous. Terminez par ce que le modèle laisse de côté.

Dror se repose quand un tue-mouches s’abat sur lui, et il se met hors de portée d’un saut en 30 millisecondes environ. L’histoire amène la question : qu’est-ce qui, dans un cerveau, peut être aussi rapide ?

La leçon s’ouvre sur une courte bande dessinée consacrée à Dror, la mouche. Lisez les cases à voix haute ou laissez les élèves les lire ; cela prend environ une minute. La dernière case revient sur l’écran de fin de mission.

Projetez la leçon. Faites une pause à chacun des quatre niveaux et posez sa question avant de zoomer. Les boutons de niveau permettent d’aller directement à n’importe quel niveau, et le bouton en forme de loupe rouvre le zoom à tout moment de la leçon.

1. Mouche

   De quelles parties de ce corps la mouche a-t-elle besoin pour s’échapper ?

2. Cerveau

   Le signal part des yeux et arrive aux pattes. Par où doit-il passer en chemin ?

3. Circuit

   Des centaines de cellules bleues, et seulement deux lignes rouges, une de chaque côté. Que remarquez-vous sur le trajet ?

4. Neurone

   Cette cellule est étonnamment épaisse. En quoi un gros fil aiderait-il à fuir vite ?

Le corps et le cerveau viennent de deux mouches différentes, montrées ensemble à leur taille réelle. Dites-le à la classe.

Avant l’étape où l’on fait taire des cellules, les élèves choisissent ce qui va se passer, à leur avis. Commencez par un vote à main levée. Rien n’est noté, et une mauvaise réponse ne coûte rien.

1. Étape 1

   Un tue-mouches fond sur la mouche. Appuie sur « Stimuler » pour activer les neurones d’approche (les guetteurs).

   Les neurones d’approche, en bleu, s’allument en premier, et la fibre géante, en rouge, suit presque aussitôt.

2. Étape 2

   Appuie de nouveau sur « Stimuler ». Suis la fibre géante (le fil d’évasion) qui descend jusque dans le cordon nerveux (comme une moelle).

   L’activité descend le long de la fibre géante jusque dans le cordon nerveux, et les neurones du saut, en jaune, s’activent en moins de 30 millisecondes de temps de mouche.

3. Étape 3

   Maintenant, fais taire la fibre géante (le fil d’évasion). On envoie le tue-mouches. Regarde les neurones du saut (les propulseurs).

   Le bleu s’allume toujours, le rouge reste éteint et le jaune ne s’active jamais. La mouche a vu le tue-mouches, mais le message n’est pas arrivé à ses pattes.

4. Étape 4

   Appuie de nouveau sur le bouton de la fibre géante (le fil d’évasion) pour la réactiver. On envoie le même tue-mouches.

   Le jaune s’active de nouveau dès que la fibre géante est réactivée.

Tu as fait taire la fibre géante (le fil d’évasion). Pourquoi les propulseurs sont-ils restés éteints ?

Le bon choix: Le fil d’évasion transmet le signal de saut aux propulseurs.

La fibre géante transmet le signal de saut des neurones d’approche aux neurones du saut. Quand on la fait taire, la mouche voit toujours le tue-mouches, puisque les cellules bleues s’allument, mais le signal s’arrête avant les pattes. Les vraies mouches ont aussi des façons plus lentes de s’échapper, comme le dit la dernière étape de la leçon.

1. Cette fuite est plus rapide qu’un clignement d’œil. Quelles caractéristiques de la voie la rendent si rapide ?
2. Pourquoi un animal aurait-il intérêt à disposer d’une voie de fuite rapide et de plusieurs voies plus lentes ?
3. Comparez cette voie à un réflexe humain que vous connaissez, comme retirer la main d’un objet brûlant. Qu’est-ce qui est pareil, et qu’est-ce qui est différent ?

• Les élèves peuvent penser : La mouche décide de sauter.

  Comment y répondre : Le saut le plus rapide fonctionne comme un réflexe : le câblage conduit le signal d’un bout à l’autre, sans détour. Les fuites plus lentes laissent un peu de temps pour orienter le saut, mais pas pour réfléchir.

• Les élèves peuvent penser : Si la mouche n’a pas sauté, c’est qu’elle n’a pas vu le tue-mouches.

  Comment y répondre : L’étape où l’on fait taire la fibre géante distingue les deux. Les neurones d’approche s’activent : la mouche l’a donc vu. Voir et agir sont deux étapes différentes d’une même voie.

• Les élèves peuvent penser : Un seul neurone ne peut pas compter dans tout un cerveau.

  Comment y répondre : Ici, un seul type de cellule porte tout le signal rapide. Partout où une voie se resserre sur quelques cellules, chacune d’elles compte énormément.

La liste complète, chiffres à l’appui

Neurones d’approche.

Des cellules nerveuses, derrière les yeux, qui s’activent quand un objet grossit vite, comme un tue-mouches qui approche. Les scientifiques les appellent LC4 et LPLC2.

Fibre géante.

Une cellule nerveuse très épaisse qui descend du cerveau jusque dans le cordon nerveux. Elle porte le signal de fuite le plus rapide de la mouche. Une mouche en a deux, une de chaque côté.

Cordon nerveux.

La moelle épinière de la mouche, en quelque sorte : un faisceau de cellules nerveuses, dans son thorax, qui commande les pattes et les ailes.

Neurones du saut.

Des motoneurones qui font se contracter les muscles du saut des pattes du milieu : la mouche bondit dans les airs.

Arc réflexe.

Le trajet d’un réflexe : des neurones sensoriels, en passant par une ou plusieurs cellules relais, jusqu’aux motoneurones qui font bouger un muscle.

Neurone sensoriel.

Un neurone qui capte quelque chose du monde, comme la lumière ou une odeur, et le signale au cerveau.

Motoneurone.

Un neurone qui porte un ordre jusqu’à un muscle et le fait se contracter.

Synapse électrique.

Un canal direct entre deux neurones, qui transmet un signal presque sans délai. La carte utilisée par les leçons n’enregistre que les synapses chimiques.

Cette section n’est pas encore rédigée. La correspondance avec le programme officiel de SVT est en cours de validation avec des enseignants de la discipline.