Chapitre 5 : Mouvement volontaire et plasticité cérébrale

Le chapitre précédent nous a permis d’élucider le mécanisme à l’origine  des mouvements réflexes. Nous allons maintenant nous intéresser à la commande des mouvements volontaires. Pour cela, nous allons devoir étudier le cerveau.

1. Analyse de la commande d’un mouvement volontaire

Lors d'une commande motrice volontaire, c'est le système nerveux central qui envoie l'ordre aux plaques motrices de provoquer une contraction musculaire. Dès lors, les réflexes sont abolis. L'analyse du cerveau a permis de dégager plusieurs grands territoires. Chacun de ces territoires est affecté à une ou plusieurs fonctions.

Notre objectif va être de localiser dans le cerveau la zone responsable de la commande d’un mouvement volontaire.

Nous allons pour cela pouvoir utiliser les images obtenues à partir d’un examen médical appelé IRM fonctionnelle. L’imagerie par résonnance magnétique permet en effet d’identifier les zones les plus actives du cerveau pendant la réalisation d’une tâche, par exemple attraper quelques chose de la main droite, puis faire la même chose de la main gauche.

Faits :

• On trouve dans le cerveau des zones qui sont affectées à la réalisation de diverses fonctions.(identification des zones visuelles, programme de première)
• On sait que le réflexe myotatique peut être inhibé par la réalisation d’un mouvement volontaire (expérience avec le pied fléchi).

Problématique : On cherche à identifier la (les) zone(s) responsable(s) de la réalisation d’un mouvement volontaire.

Hypothèse : On pense que certaines zones du cortex cérébral regroupent les corps cellulaires des neurones moteurs responsables de la réalisation d’un mouvement volontaire.

Protocole :

• On observe les deux IRM fonctionnelles de patients à qui l’on a demandé de réaliser un mouvement volontaire comme attraper un objet de la main droite dans un premier temps, puis de la main gauche.
• On ouvre un calque anatomique permettant de visualiser l’organisation générale de l’encéphale du patient.
• On ouvre ensuite un calque fonctionnel d’une situation où le patient doit attraper un objet avec une main (droite ou gauche).
• On cible la zone ou l’activité des neurones est la plus grande et on affine notre image en jouant sur la sensibilité.

On recommence avec un calque fonctionnel présentant les résultats de la main opposée.

Conséquences vérifiables :

Si on observe des zones peu étendues où l’activité cérébrale est intense lors de la réalisation de ces mouvements, et que ces zones sont latéralisées, alors on pourra conclure que ces zones correspondent à l’emplacement des corps cellulaires des neurones moteurs responsables de la réalisation d’un mouvement volontaire.

Les résultats obtenus chez deux patients nous permettent de localiser une zone très active lors de la réalisation d'un mouvement volontaire.

Cette zone est localisée dans le lobe frontal, au niveau du cortex cérébral. Dans cette zone motrice, on trouve les corps cellulaires des axones reliés aux neurones moteurs situés dans la moelle épinière que nous avons déjà pu observer lors de notre étude du réflexe myotatique. Il est intéressant de noter que la zone de la motricité volontaire commandant la partie droite de l'organisme se trouve à gauche et inversement. Celà s'explique par l'existence d'une zone, appelée zone de décussation dans laquelle les fibres nerveuses se croisent.

Tp irmf (1.35 Mo)

Tp irmf (607.45 Ko)

2. Le rôle intégrateur des neurones

Afin d'abolir le réflexe, le message nerveux issu de l'aire motrice doit pouvoir déclencher l'émission de potentiels d'action par le motoneurone situé dans la moelle épinière. Or ce neurone reçoit également des informations des neurones en T situés dans les ganglions spinaux et en lien avec les fuseaux neuromusculaires. Les neurones sont donc capables d'intégration, c'est à dire qu'ils prennent en compte toutes les informations reçues, en font la somme et c'est en fonction de cette somme que les potentiels d'actions sont générés, ou pas. En réalité, les phénomènes sont dus à l'existence de synapses excitatrices et de synapses inhibitrices. Le principe de fonctionnement de ces synapses est toujours le même, seule la nature du neuromédiateur change. ainsi, nous l'avons vu, le mediateur acétylcholine est un mediateur qui va provoquer l'émission d'un potentiel d'action. D'autres neuromédiateurs, comme l'acide gamma-aminobutyrique (GABA) ont l'effet inverse. L'explication de l'effet des neuromédiateur tient dans l'ouverture des canaux et leur nature. Ainsi, l'ouverture d'un canal potassique grace à l'acétylcholine aura tendance à dépolariser la membrane du neurone post-synaptique, ce qui induira un potentiel post synaptique excitateur (PPSE). A l'inverse, la fixation du GABA sur son récepteur permet l'ouverture d'un canal anionique et l'entrée du Cl- aura tendance à hyperpolariser la membrane, ce qui induit un potentiel post synaptique inhibiteur (PPSI). Nous l'avons vu, les potentiels d'action ne sont générés que si une valeur seuil est atteinte. La somme des PPSE et des PPSI reçus par un même neurone va donc permettre d'atteindre ce seuil ou non.

On peut noter que toute distraction tend à amplifier les réflexes. Ainsi, exercer une traction sur les membres supérieurs tend à amplifier les réflexes achilléens et rotuliens.

3. Etude de la plasticité cérébrale

Le cerveau n'est pas une structure dont l'architecture est fixée une fois pour toute pour toute l'existence. Il existe bien des zones affectées à des fonctions

Mais la cartographie cérébrale peut connaître des modifications au cours de l'existence. On parle alors de plasticité cérébrale.

Dans cette expérience, on voit qu'au sein de l'aire motrice, la place dévolue aux différentes parties des membres antérieurs peut varier selon le degré d'agilité requis pour effectuer une tâche. Les singes nourris sur un petit plateau doivent posséder une agilité digitale importante, ce qui explique qu'une proportion plus grande de l'aire motrice soit affectée au contrôle des doigts.

Les documents ci-dessus montrent que plus un individu est entraîné tôt, plus le nombre de synapses générées est important. Mais ce nombre augmente également chez des sujets plus agés. La plasticité cérébrale est donc maximale pendant l'enfance, mais elle ne disparaît pas avec l'âge. C'est ce qui permet de retrouver une partie des fonctions cérébrales qui peuvent être perdues après un AVC, ou la récupération d'une motricité après une amputation suivie d'une greffe.