Comment une mouche se souvient d’une odeur

Les élèves suivent une odeur depuis les récepteurs jusqu’aux cellules qui en décodent le souvenir, et montrent que faire taire une seule couche d’une voie coupe tout ce qui vient après.

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.

Synapses et neurotransmetteurs

Chaque couche transmet le signal à la suivante par des synapses. Les scientifiques pensent que le souvenir lui-même est un changement de la force des synapses qui relient les cellules de Kenyon aux neurones de sortie.

Comment la structure d’un réseau détermine le comportement

La voie est une chaîne de couches : faire taire les cellules de Kenyon éteint donc les neurones de sortie, alors même que l’odeur entre toujours.

Excitation et inhibition

« Stimuler » excite les cellules et « Faire taire » les maintient éteintes : ce sont les deux outils de la leçon. Dans cette partie du circuit, chaque couche excite la suivante.

1. 5 min

   Question d’ouverture

   Demandez : « Comment votre cerveau sait-il qu’il a déjà rencontré une odeur ? » Laissez les élèves proposer quelques hypothèses, puis annoncez que la classe va chercher la réponse aujourd’hui dans une mouche.

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 sent une pêche mûre, reconnaît l’odeur qui l’avait déjà mené à un repas, et la remonte face au vent. L’histoire amène la question : où, dans le cerveau, ce souvenir est-il gardé ?

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

   Où, sur ce corps, chercheriez-vous un nez ?

2. Cerveau

   Le cerveau remplit presque toute la tête. À votre avis, qu’est-ce qui y prend autant de place ?

3. Circuit

   L’odeur arrive par les cellules orange. À votre avis, quelle couleur atteint-elle en dernier ?

4. Neurone

   Le point est une seule activation. Comment une seule cellule pourrait-elle parler d’une odeur au reste du cerveau ?

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

   Une mouche sent avec ses antennes (ses deux capteurs). Appuie sur « Stimuler » pour lui envoyer une odeur. Regarde les neurones orange s’allumer.

   Seuls les récepteurs olfactifs, en orange, s’allument. Le signal part d’une extrémité du circuit, et non de partout à la fois.

2. Étape 2

   Appuie de nouveau sur « Stimuler » et suis les couleurs. En jaune, les neurones de projection (les messagers d’odeurs) emportent l’odeur vers l’intérieur du cerveau. En bleu, les cellules de Kenyon (les trieuses d’odeurs) la captent ensuite.

   Les couleurs s’allument dans l’ordre : orange, puis jaune, puis bleu. Le signal traverse les couches l’une après l’autre.

3. Étape 3

   Appuie encore une fois sur « Stimuler ». Regarde maintenant les neurones de sortie (les décodeurs), en rose. Ils décodent le motif bleu.

   Les neurones de sortie, en rose, s’allument en dernier, et seulement après les cellules de Kenyon, en bleu.

4. Étape 4

   Maintenant, fais taire les cellules de Kenyon (les trieuses d’odeurs). On envoie l’odeur à ta place. Qu’est-ce qui disparaît ?

   L’orange et le jaune s’allument toujours, le bleu reste éteint et le rose disparaît presque. L’odeur est entrée, mais n’a pas pu aller plus loin.

5. Étape 5

   Appuie de nouveau sur le bouton des cellules de Kenyon (les trieuses d’odeurs) pour les réactiver. On envoie la même odeur.

   Le rose revient dès que les cellules de Kenyon sont réactivées. Rien n’a été abîmé : le signal n’avait simplement plus de chemin.

Tu as fait taire les cellules de Kenyon (les cellules bleues). Pourquoi les cellules roses se sont-elles éteintes ?

Le bon choix: Les cellules bleues transmettent le motif de chaque odeur aux cellules roses.

Les cellules de Kenyon transmettent le motif de chaque odeur aux neurones de sortie. Quand on les fait taire, l’odeur atteint toujours les récepteurs et les neurones de projection, mais les neurones de sortie n’ont plus rien à décoder. Aux élèves qui répondent « l’odeur n’est jamais entrée », demandez de regarder de nouveau les cellules orange et jaunes.

1. L’odeur entrait toujours dans le cerveau pendant que les cellules de Kenyon étaient réduites au silence. Comment le sait-on ?
2. Imaginons que la mouche ait appris que cette odeur annonce du sucre. À quel endroit de ce circuit vous attendriez-vous à voir quelque chose changer ?
3. Que vous attendriez-vous à voir si vous faisiez plutôt taire les neurones de projection, en jaune ? Vérifiez-le en exploration libre.

• Les élèves peuvent penser : Un souvenir est rangé dans une seule cellule, comme un fichier.

  Comment y répondre : Revenez à l’étape où le rose décode le bleu. On pense que le souvenir tient à la force de nombreuses connexions entre les deux groupes, et non à une cellule unique.

• Les élèves peuvent penser : Faire taire une cellule la tue ou l’abîme.

  Comment y répondre : Rejouez la dernière étape : la lumière rose revient aussitôt. Les cellules réduites au silence sont intactes. Elles ne s’activent pas, c’est tout.

• Les élèves peuvent penser : La leçon montre la mouche en train d’apprendre une odeur.

  Comment y répondre : Ce n’est pas le cas. Le modèle montre où un souvenir serait conservé, mais ses connexions ne changent jamais. Dites-le clairement, et demandez ce qu’il faudrait ajouter.

La liste complète, chiffres à l’appui

Antennes.

Les deux petits capteurs sur la tête de la mouche. Elle sent avec ses antennes, comme tu sens avec ton nez.

Récepteurs olfactifs.

Des cellules nerveuses des antennes qui s’activent quand une odeur se pose sur elles. Toute odeur commence ici.

Lobe antennaire.

La première étape des odeurs dans le cerveau de la mouche : les récepteurs olfactifs y passent leur signal aux neurones de projection.

Neurones de projection.

Des cellules nerveuses qui emportent le signal de l’odeur du lobe antennaire vers l’intérieur du cerveau, jusqu’au corps pédonculé.

Corps pédonculé.

Une partie du cerveau des insectes, en forme de champignon, où les odeurs sont triées et où leurs souvenirs sont conservés.

Cellules de Kenyon.

Les petites cellules nerveuses du corps pédonculé. Chaque odeur en active une poignée différente : chaque odeur a donc son propre motif.

Neurones de sortie.

Des cellules nerveuses qui décodent le motif des cellules de Kenyon et le transmettent au reste du cerveau. Les scientifiques disent MBON : neurones de sortie du corps pédonculé.

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.