Traitement sensoriel : stimulus
Quantification de l'intensité

Un système sensoriel doit  :

• pouvoir déterminer quel est le type de stimulus incriminé (umvelt),
• pouvoir quantifier l'intensité du stimulus,
• pouvoir localiser le stimulus,

• 

  être rapide,
• pouvoir occulter les événements les moins signifiants du milieu extérieur.

Intensité du stimulus

Vue d'ensemble

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 (étrange clair de lune);
• des couleurs différentes en fonction de leur longueur d'onde ;
• des sensations tactiles fines ou des pressions fortes (sens 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 (umwelt), qui réagissent uniquement à une certaine gamme de stimulus et d'intensité de stimulus.

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 (vision 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.

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 (adaptation tactile).

• L'inhibition latérale augmente la sensibilité au contraste (circuits inhibiteurs).

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

Prenons des exemples :

• la peau humaine peut percevoir la pression d'un objet de 0,006 x 0,04 mm (caractéristiques des récepteurs cutanés) ;
• les cellules ciliées vestibulaires réagissent à un déplacement infime, comme si le sommet de la tour Eiffel se déplaçait de la largeur d'un doigt;
• les chémorécepteurs peuvent être sensibles qu'à quelques molécules (transduction gustative) ;
• les photorécepteurs peuvent percevoir des intensités minimes, voir même de l'ordre du photon (phototransduction).

Pour chaque modalité sensorielle, nous pouvons définir :

• un seuil absolu, c'est-à-dire, l'intensité minimale à laquelle est perceptible le stimulus.

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.

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 (récepteurs cutanés).

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

Amplification de l'intensité initiale du stimulus

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

1. la facilitation neuronale ou sommation neuronale :

• par la sommation temporelle des potentiels postsynaptiques excitateurs (PPSE) ;

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