• Comportement du chien et
    du chat
  • Celui qui connait vraiment les animaux est par là même capable de comprendre pleinement le caractère unique de l'homme
    • Konrad Lorenz
  • Biologie, neurosciences et
    sciences en général
  •  Le but des sciences n'est pas d'ouvrir une porte à la sagesse infinie,
    mais de poser une limite à l'erreur infinie
    • La vie de Galilée de Bertold Brecht

Traitement sensoriel : stimulus
Quantification de l'intensité

Sommaire
étonnement

Quelles seraient les caractéristiques d'un système sensoriel efficace ?

Un système sensoriel doit  :

Intensité du stimulus

Vue d'ensemble

bien

Un système sensoriel doit pouvoir détecter les différentes intensités d'un stimulus.

Par exemple, nous devons différencier :

  • des intensités sonores différentes entre le murmure et la détonation, entre 16 et 16 000 Hz, le chat ou le chien peuvent percevoir des fréquences jusqu'à 60 000 Hz ;
  • des luminosités variables : la luminosité du clair de lune est 400 000 fois moindre que celle du soleil (loupeétrange clair de lune);
  • des couleurs différentes en fonction de leur longueur d'onde ;
  • des sensations tactiles fines ou des pressions fortes (loupesens tactile)…

Toutefois, l'organisme ne peut analyser, pour des raisons énergétiques, toutes les intensités de tous les stimuli possibles. Il a eu recours à deux stratagèmes :

1. sélectionner des organes des sens adéquats (loupeumwelt), qui réagissent uniquement à une certaine gamme de stimulus et d'intensité de stimulus.

Tarsier et son crâne
Tarsier et son crâne
(Figure : vetopsy.fr d'après Ross2085)

Le chat, par exemple, chasseur nocturne remarquable n'as nul besoin d'accommoder, d'avoir une image précise des objets et de voir toutes les couleurs quand tout est flou la nuit (loupevision chez le chat).

  • Par contre, sa sensibilité oculaire est bien plus développée que celle de l'homme.
  • Il ne lit pas le journal, ni n'a besoin d'effectuer des travaux fins : son acuité visuelle et faible et il explore les objets proches grâce à ces vibrisses.

2. répondre à des changements d'intensité, de qualité ou de localisation du stimulus.

attention

Dans les systèmes sensoriels, en règle générale, ce n'est pas la valeur absolue du stimulus qui est prise en compte, c'est la différence de qualité lors des changements.

Dans ce dernier cas, deux phénomènes sont mis en évidence.

  • L'adaptation neuronale est corrélé à la diminution rapide ou lente du nombre de décharges lors d'une stimulation prolongée.

L'adaptation est une forme de suppression de l'information qui empêche le système nerveux d'être débordé par des stimuli qui n'apportent rien de signifiant du monde environnant.

Cette adaptation est particulièrement importante dans le toucher dont les récepteurs phasiques ou toniques permet de couvrir une grande diversité de sensations (loupeadaptation tactile).

Contraste
Contraste
(Figure : vetopsy.fr d'après Kyle May)

Les circuits inhibiteurs latéraux (les neurones ont tendance à inhiber leurs voisins) ont lieu à des niveaux inférieurs des systèmes sensoriels.

Dans la vision par exemple, les cellules bipolaires et les cellules ganglionnaires possèdent des champs récepteurs dont le centre grossièrement circulaire et la périphérie en forme d'anneau sont antagonistes et sont sensibles aux contrastes de luminance.

Seuil d'activation des récepteurs

bien

En général, les systèmes de tranduction sensorielle sont très sensibles, c'est-à-dire qu'une très faible stimulation provoque un potentiel d'action dans la fibre sensitive afférente.

Prenons des exemples :

Pour chaque modalité sensorielle, nous pouvons définir :

  • un seuil absolu, c'est-à-dire, l'intensité minimale à laquelle est perceptible le stimulus.
Eins Heinrich Weber et Gustav Fechner
Eins Heinrich Weber et Gustav Fechner

Ce seuil varie en fonction du sujet, du bruit de fond, de la motivation, des attentes…

  • un seuil relatif qui est la plus petite variation détectable de l'intensité du stimulus.

La loi de Weber, du nom du médecin allemand Ernst Heinrich Weber (1795-1878), détermine l'augmentation de l'intensité d'un stimulus afin qu'il puisse être perçu comme différent du stimulus initial. Elle définit des constantes plus ou moins élevées selon les modalités sensorielles et l'espèce concernée. Puis, Gustav Fechner (1801-1887) a modifié cette loi en utilisant les logarithmes, d'où le nom de loi Weber-Fechner.

La loi de Stevens, du nom du psychologue américain Stanley Smith Stevens (1906-1973) applique un exposant n à la stimulation physique.

La loi de Weber-Fechner est un cas particulier de la loi de Stevens quand n est inférieur à 1.

En général, la réponse d'un récepteur est corrélé plus ou moins au logarithme de l'intensité du stimulus, dans sa gamme d'activité évidemment.

Seuils d'activation des récepteurs
Seuils d'activation des récepteurs

Toutefois, dans certains cas, le stimulus diminue la fréquence des potentiels d'action, comme dans les cellules ganglionnaires rétiniennes par exemple.

Dans les organes de l'équilibre, l'augmentation ou la diminution de la fréquence des potentiels d'action dépend de la direction du déplacement des stéréocils vers le kinocil.

Les récepteurs sont dits :

  • à activation spontanée,
  • à bas seuil d'activation, c'est-à-dire à sensibilité élevée,
  • à haut seuil d'activation, c'est-à-dire à sensibilité faible.

Ces divers récepteurs peuvent être identiques, mais dans des gammes différentes, ou alors différents comme les nombreux récepteurs tactiles par exemple (louperécepteurs cutanés).

Toutefois, un autre phénomène peut intervenir également pour détecter de très faibles quantités d'énergie.

Amplification de l'intensité initiale du stimulus

Cortex somatosensoriel de souris
Cortex somatosensoriel de souris
(Figure : vetopsy.fr d'après cudmore)

L'amplification de l'intensité peut se faire de plusieurs manières et fait intervenir :

1. la facilitation neuronale ou sommation neuronale :

Le même neurone est stimulé de nombreuses fois avant que la dépolarisation précédente ne se soit effacée.

  • par la sommation spatiale des potentiels postsynaptiques excitateurs ;

Le neurone postsynaptique est contacté par de nombreux autres neurones : on parle de convergence des circuits neuronaux.

2. la facilitation synaptique ou potentiation post-tétanique ;

L'utilisation répétée ou continue d'une synapse (même pour de courtes périodes) accroît considérablement la capacité du neurone présynaptique d'exciter le neurone postsynaptique.

3. la divergence des circuits neuronaux : un seul neurone déclenche des réponses dans un nombre croissant de neurones.

Chez l'homme, une centaine de millions de photorécepteurs se projettent sur un million de cellules ganglionnaires (convergence) qui vont contacter des centaines de millions de neurones cérébraux (divergence)

Localisation du stimulus