Ingénierie des systèmes humains GTS501 – TP11

Présentation au sujet: "Ingénierie des systèmes humains GTS501 – TP11"— Transcription de la présentation:

1 Ingénierie des systèmes humains GTS501 – TP11
Objectifs de la séance - Quiz 5 - Exercice sur les systèmes nerveux - Révisions sur le SNC, SNP, SNA etc. - Applications d’ingénierie

2 Composition du système nerveux
Ref. Système Nerveux Central (SNC) Encéphale Moelle épinière Système Nerveux Périphérique (SNP) Tous les nerfs situés à l’extérieur du SNC Partie sensitive et motrice

3 1. Organisation du système nerveux

4 SNP - Rôle Assure le lien entre
Les informations sensorielles périphériques et le SNC (partie sensitive) Les commandes du SNC et les effecteurs périphériques (partie motrice)

5 SNP > Partie motrice
Système Nerveux Somatique (SNS) Volontaire, consciente Innervation sensitive et motrice des muscles squelettiques Système nerveux volontaire Système Nerveux Autonome (SNA) Involontaire Innervation sensitive et motrice viscères, muscles lisses, muscle cardiaque et glandes Système nerveux involontaire

6 SNP > Partie motrice
Le SNS et SNA diffèrent : Effecteurs Voies efférentes Les réponses provoquées par leurs neurotransmetteurs : stimulateur / inhibiteur Neurone moteur Ganglion

7 SNP > Partie motrice
Effets des neurotransmetteurs Acétylcholine (des neurones moteurs somatiques): excitateur Acétylcholine, adrénaline (des neurofibres autonomes post ganglionnaires ) : excitateur Noradrénaline (des mêmes fibres) : inhibiteur SNS : Rôle stimulateur seulement SNA : Rôle soit stimulateur soir inhibiteur

8 SNP > Partie motrice > SNA
Sympathique (thoraco-lombaire) Associé aux situations d’urgence (vasoconstriction,  fréquence cardiaque, etc.) Para-Sympathique (cranio-sacrale) Situation neutre, repos, digestion (↓ fréquence cardiaque, etc.) Ils jouent des rôles antagonistes pour les même organes

9 SNP > Partie motrice > SNA
Distinctions : Origines Longueurs neurofibres Situation des ganglions Tortora, 2001

10 2. Lignes de transmission : les nerfs et leur structure

11 Innervation du corps : nerfs spinaux
31 paires de nerfs spinaux contenant chacun des milliers de neurofibres émergent de la moelle épinière par les foramens intervertébraux et innervent toutes les parties du corps, Nommé d’après leur point d’émergence de la moelle épinière NOTE : 12 paires de nerfs crâniens émergent de l’encéphale et contrôlent les fonctions olfactives, optiques, oculo-moteur, etc.

12 Innervation du corps : nerfs spinaux
Nerfs rachidiens 8 cervicaux 12 thoraciques 5 lombaires 5 sacrés 1 coccygien Nerfs mixtes : sensitifs et moteurs

13 Moelle épinière Anatomie en coupe :
Corne dorsale Corne latérale Corne ventrale Racine dorsale du nerf spinal Racine ventrale du nerf spinal Moelle épinière Anatomie en coupe : Substance grise et racines des nerfs spinaux Substance blanche : Faisceaux et tractus ascendants (sensitifs) Tractus descendant (moteurs)

14 Innervation du corps : nerfs spinaux
Fibres sensitives (bleu) Corne dorsale Racine dorsale Fibres motrices (jaune et rouge) Corne ventrale Racine ventrale Se rejoignent pour former un nerf spinal

15 Innervation du corps : nerfs spinaux
Rameau ventral Rameau dorsal Innervation du corps : nerfs spinaux Racines ventrales et dorsales se rejoignent pour former un nerf spinal Ce dernier se sépare en deux : rameau dorsal (innervation du dos : peau et muscles profonds du cou jusqu’au sacré) rameau ventral (innervation des membres et de la paroi avant) Les rameaux contiennent des fibres sensitives ET des fibres motrices

16 SNP – Plexus Rameaux ventraux se combinent puis se ramifient pour former des réseaux : les plexus 4 plexus majeurs Cervical : C1 - C4 Brachial : C5 - C8, T1 Lombaire : L1 - L4 Sacral : L5, S1 – S4 Pas de plexus pour les rameaux dorsaux

17 SNP – Plexus cervical Formé des racines C1-C4
Innerve la peau et les muscles de la tête, du cou, de la partie supérieure des épaules, de la poitrine ainsi que le diaphragme

18 SNP – Plexus cervical Segments

19 SNP – Plexus brachial Formé des racines C5 à T1 Innerve les muscles
de l’épaule, du membre supérieur

20 SNP – Plexus brachial Les Rameaux deviennent des Troncs nerveux qui deviennent des Divisions puis se regroupent en Faisceaux MNEMOTECHNIQUE : RouTe De Fou

21 SNP – Plexus lombo-sacral
Lombaire Formé à partir des fibres L1 à L4 Innerve les muscles et la peau de la loge antérieure de la cuisse Sacral Formé à partir des fibres L5 à S5 Innerve les muscles de la loge postérieure de la cuisse, les fessiers, tous les muscles en bas du genou, les organes génitaux

22 SNP – Plexus Lombaire Sacral Vue antérieure Vue postérieur

23 3. SNP > Partie sensitive
Récepteurs sensoriels et sensation Différence: Sensation = conscience du stimulus Perception = interprétation du stimulus Ex: caillou dans chaussure -» perception détermine nos réactions aux stimulus Récepteur sensoriel = structures chargées de réagir aux changements qui se produisent dans l’environnement (stimulus)

24 SNP – Récepteurs sensoriels
5 types classés en fonction du stimulus qu’ils enregistrent Mécanorécepteur Stimulé sous une action mécanique, une déformation (toucher, pression, vibration, étirement, démangeaison) Vidéo Thermorécepteur Changement de température (froid, chaud, etc.) Photorécepteur Lumière (rétine)

25 SNP – Récepteurs sensoriels
5 types classés en fonction du stimulus qu’ils enregistrent Chimiorécepteur Substances chimiques en solution (odeur, goût, estomac, etc.) Contrôle réflexe de la pression sanguine Nocicepteur Stimulus potentiellement nuisible (douleur) via tous les autres récepteurs

26 Potentiels récepteurs
Pour qu’il y ait création d’une sensation, il faut qu’un stimulus excite un récepteur 4 conditions à remplir : Le récepteur doit être adapté au stimulus (ou forme d’énergie) qu’il reçoit (son, pression, chimique) Le stimulus doit être appliqué dans le champ récepteur de sa cible Plus un champ récepteur est restreint, plus le cerveau est en mesure de reconnaître les stimuli

27 Potentiels récepteurs
Pour qu’il y ait création d’une sensation, il faut qu’un stimulus excite un récepteur 4 conditions à remplir : L’énergie du stimulus doit être convertie en potentiel gradué Transduction (chimique à électrique par neurotransmetteur) Le potentiel d’action déclenché dans le neurone sensitif associé permet la propagation de l’influx nerveux jusqu’au SNC

28 Potentiels récepteurs
L’intensité, la durée et les variations du stimulus s’exprime par la fréquence des potentiels d’action venant du récepteur (haute fréquence = stimulus fort)

29 4. Activité réflexe

30 SNP – Activité réflexe Réflexe
Une réponse motrice rapide et involontaire à un stimulus Pas d’intervention de l’encéphale (prend trop de temps) Pas appris, pas prémédité, pas volontaire  intégré à la physiologie (protection) Déclenché par des voies nerveuses particulières : arcs réflexes

31 SNP – Arcs réflexes Vidéo Récepteur Neurone sensitif
Centre d’intégration Neurone moteur Effecteur Vidéo

32 Applications d’ingénierie

33 Électromyographie (EMG)
Semblable à L’EEG mais on enregistre les signaux musculaires partout sur le corps Types d’électrodes de surface de type aiguille implantées dans les muscles

34 EMG – Étapes menant à l’enregistrement
Moto-neurone émet des trains de potentiels d’action Les potentiels d’action voyagent dans la fibre nerveuse Les potentiels arrivent à la jonction neuro-musculaire Relâchement d'acétylcholine côté axone, capture côté cellules Entrée d'ions sodium Na+ La fibre musculaire se dépolarise Potentiel des cellules de la fibre de  -80 mv au repos à  +40 mv Zone dépolarisée  2 mm2 La dépolarisation voyage le long de la fibre musculaire Vitesse de propagation 2-6 m/s La dépolarisation est enregistrée par l’électrode ou l’aiguille

35 EMG L’EMG est utilisé en biomédical pour Diagnostiquer des pathologies
Créer des interfaces pour handicapés Commander des prothèses La stimulation électrique fonctionnelle (FES)

36 EMG

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38 EMG – Bras bionique http//

39 EMG – Bras bionique Vidéo 2 http//www.ric.org/bionic/
http//

40 Fonctional Electrical Stimulation (FES)
À pour but de restaurer la fonctionnalité des personnes handicapées en stimulant électriquement des muscles ou des nerfs Utilisée lors de Problèmes neurologiques Blessure à la moelle épinière, à la tête, etc. AVC

41 FES – Des exemples Hoffer et al. (2005) Neurostep™
Test pilote de faisabilité Système d’assistance à la marche

42 FES – Des exemples Hoffer et al. (2005) (suite) Neurostep™
Implanté chez 1 sujet Pour aider à traiter le syndrome du pied tombant Interprétation des signaux enregistrés à l’aide d’algorithme de détection permettent d’activer des muscles grâce au stimulateur interne Augmentation de la performance lors de la marche avec stimulation et même sans stimulation (10 sem.)

43 Restoration of Functional Grasping in Patients with Quadriplegia
FES – Des exemples Adams et al. (2005) Restoration of Functional Grasping in Patients with Quadriplegia À l’aide d’électrodes placées sur la peau, restituer la fonction de «préhension» à des quadraplégique

44 QUESTIONS ?

45 Références Bear, Connors, Paradiso. Neuroscience, Exploring the brain.
Talwar, S. K. et al. Rat navigation guided by remote control.. Nature, 417, , (2002). Note de cours KIN20740 – Contrôle moteur, Normand Teasdale Hofer,JA et al., Initial results with fully implanted Neurostep™ FES system for foot drop., IFESS conference proceedings, July 2005. Adams, ME et al., Restoration of functional grasping in patients with quadraplegia, IFESS conference proceedings, July 2005. Marieb, 1999 Netter, 1999 Moore, 2001