Planification et exécution des mouvements volontaires

1. Planification et exécution des mouvements volontaires • Purves et coll. Chapitres 16,17,18

2. Planification et exécution des mouvements volontaires • Les mouvements volontaires • Les modes de contrôle • boucle ouverte • boucle fermée • Le substrat neuroanatomique du contrôle moteur • système pyramidal • système extrapyramidal • Les boucles de contrôle dans le système nerveux

3. Les mouvements volontaires de précision relèvent des structures supérieures Les mouvements réflexes et automatiques relèvent de la moelle épinière et du tronc cérébral Mouvements volontaires de précision Mouvements rythmiques respiration et mastication Posture et équilibration Mouvements rythmiques locomotion Réflexes

4. Les mouvements volontaires exécutés en fonction d’un but précis sont sujets à un contrôle

5. Rôle des structures nerveuses dans le contrôle des mouvements Quelles sont les études qui ont permis de comprendre ce rôle?

6. Rôle d’une structure nerveuse donnée dans le contrôle des mouvements • Études de lésion pour l’inactiver • Stimulation de la structure pour l’activer • stimulation électrique • stimulation pharmacologique • Plus récemment, • enregistrement de l’activité des neurones qui composent la structure • avant, pendant et après le mouvement • électrodes implantées à demeure (enregistrements chroniques) Études chez les animaux

7. On enregistre les mouvements composantes cinétiques, cinématiques et enregistrements de l ’activité électrique des muscles (électromyogramme). Cinétique forces qui stabilisent et qui produisent les mouvements Pour étudier le contrôle moteur chez l’humain • Cinématique • Description du mouvement du corps et de ses caractéristiques • distance parcourue • vitesse • accélération

8. À partir des données recueillies chez l’humain: • On définit les mécanismes de contrôle utilisés • On infère un rôle aux structures nerveuses impliquées dans le contrôle. • Les pathologies du système nerveux sont aussi très utilisées. • maladies qui affectent le contrôle des mouvements • atteintes cérébelleuses, maladie de Parkinson...

9. Imagerie à résonance magnétique nucléaire Phénomène de Résonance Magnétique Nucléaire (RMN)

10. Création de l’image du cerveau

11. Mouvements de la main Mesure du signal BOLD (Blood Oxygen Level Dependant) mesure du rapport oxyhémoglobine/ désoxyhémoglobine Une petite augmentation de la consommation d'oxygène par les neurones est surcompensée par une large augmentation de flux sanguin. (réponse hémodynamique)

12. L’homme bionique !!!

13. Le contrôle des mouvements diffère selon la vitesse des mouvements. • Mouvements lents • mouvements de poursuite d’une cible • Mouvements rapides aussi appelés balistiques

14. Mouvements lents • mouvements de poursuite d’une cible • dessiner le contour du cercle avec le curseur de la souris • demande un feed-back continu de la périphérie • co-contraction de muscles antagonistes pour une plus grande précision FEEDBACK = boucle fermée

15. Mouvements rapides ou balistiques • Mouvements balistiques • durée entre 75 et 200 ms PAS DE FEEDBACK = boucle ouverte

16. Mouvement balistique • Le sujet doit fléchir rapidement le coude sans se préoccuper de la position finale. • Le sujet sait que le mouvement sera freiné • par la limitation articulaire • par un stop extérieur mis en place par l’expérimentateur • Pas d’activité de freinage de l’antagoniste • Une seule activité dans l ’agoniste

17. Mouvement balistique • Le sujet doit aller très vite et précisément d’un endroit à un autre • On observe la classique triple bouffée d’activité electromyographique EMG • 1. agoniste • 2. antagoniste • 3. agoniste • corrélation entre l’intensité d’activité dans l’antagoniste et la vitesse du mouvement

18. Mouvements balistiques • les ré-afférences somesthésiques ne jouent aucun rôle dans l ’arrêt du mouvement • les activités dans les muscles agonistes et antagonistes sont programmées

19. Le contrôle des mouvements diffère selon la vitesse des mouvements. • Mouvements balistiques • contrôle en boucle ouverte • Mouvements lents • contrôle en boucle fermée

20. Boucle ouverte • Mouvement balistique • Le mouvement n’est pas corrigé au cours de son déroulement • Les centres encéphaliques précisent tous les paramètres de l’initiation et du déroulement du mouvement sans réafférences (feed-back) Décision Valeur à atteindre Programmation de l’action Effecteur ACTION Valeur atteinte

21. Boucle fermée Décision • Mouvement lent • Le mouvement peut être corrigé au cours de son déroulement Valeur à atteindre Écart Programmation de l’action Comparateur Effecteur ACTION Feed-back Valeur atteinte

22. Étapes du mouvement • 1. Planification • 2. Programmation • 3. Exécution • 4. Correction Quelles sont les structures nerveuses impliquées?

23. Le support neuroanatomique du contrôle moteur • Le système pyramidal • voies corticospinales • Le système extrapyramidal • autres structures de l’encéphale • et autres voies descendantes

24. Le cortex cérébral joue un rôle important dans le contrôle des mouvements volontaires

25. Rôle du cortex cérébral dans le contrôle des mouvements • Première études remontent au 19ième siècle • Les neurologues et les physiologistes de l ’époque établissent que le cortex cérébral joue un rôle dans le contrôle des mouvements.

26. Paul Brocapropose une localisation des fonctions dans différentes régions du cortex cérébral Photographie du cerveau de Leborgne par Paul Broca. Origins of Neuroscience, Finger, p.38

27. John Hughlings Jackson a été le premier à proposer l’existence d’une organisation somatotopique dans le cortex moteur. • Ses conclusions étaient en grande partie tirées de ses observations faites chez les patients atteints d’épilepsie. John Hughlings Jackson ( 1835-1911) Origins of Neuroscience, Finger, p.195.

28. Neurophysiologie expérimentale

29. Edouard Hitzig (1838-1907), découverte du cortex moteur en 1870 avec Gustav Fritsch. Origins of Neuroscience, Finger, p.39. Cerveau d’un chien par Fritsch and Hitzig. Une stimulation électrique des zones marquées produit un mouvement du côté opposé. Origins of Neuroscience, Finger, p.39.

30. En 1886, David Ferrier montrait que la stimulation électrique de diverses régions corticales du singe induisait des mouvements Schéma de l’hémisphère gauche du singe de David Ferrier (1886) Origins of Neuroscience, Finger, p.199

31. Débit sanguin régional au niveau du cortex Activation au niveau du cortex moteur et du cortex somesthésique Activation des récepteurs sensoriels de la main

32. Activation de l’aire motrice supplémentaire en plus de l’aire motrice primaire

33. Seulement une activation de l’aire motrice supplémentaire

34. Le système pyramidal • voies corticospinales • Le système extrapyramidal • autres structures de l’encéphale • et autres voies descendantes Le support neuroanatomique du contrôle moteur

35. Le système pyramidal • Voies corticospinales • les cellules d’origine sont localisées dans le cortex cérébral

36. Fig 16.7

37. Projection somatotopique corticale des différents muscles du corps Homonculus moteur

38. Les projections descendantes du cortex Projections corticospinales les cellules d’origine sont localisées dans le cortex cérébral 60% des fibres proviennent des aires motrices du cortex frontal aires 4 et 6 ainsi que l’aire motrice supplémentaire 40% des fibres proviennent du cortex pariétal aires 3, 1 ,2 , 5 et 7

39. Faisceau corticospinal latéral Capsule interne • 80% croisent la ligne médiane après les pyramides bulbaires Pédoncules cérébraux Pyramide médullaire Faisceau corticospinal latéral

40. L’organisation somatotopique est préservée dans le cerveau antérieur, le mésencéphale et le bulbe rachidien Fig 16.10

41. Faisceau corticospinal latéral • 80% croisent la ligne médiane après les pyramides bulbaires • forment la voie pyramidale croisée • dans le cordon dorso-latéral de la moelle • les fibres qui proviennent des aires frontales motrices innervent des muscles distaux (exemple la main). • les fibres qui naissent dans les aires pariétales sensitives se terminent dans la corne postérieure Fig 16.12 a

42. Faisceau corticospinal ventral • 20% ne croisent pas la ligne médiane • forment la voie pyramidale directe • dans le cordon ventro-médian de la moelle • fibres se terminent sur les motoneurones de muscles axiaux et proximaux des deux côtés Fig 16.12 b

43. Rôle des influx descendants du système corticospinal • Les mouvements de pointage chez le singe ont permis de déterminer les paramètres du mouvement qui sont contrôlés par le cortex moteur

44. Les influx descendants du système corticospinal • Codent certains paramètres du mouvement • la force • pour un mouvement d’une même amplitude la décharge augmente avec la force à vaincre • la vitesse • il existe une relation entre la vitesse maximale du mouvement et la décharge maximale de la cellule • la direction

45. Les cellules de l’aire 4 codent la force lors du mouvement • L’aire 4 représente la voie de sortie des commandes motrices liées aux paramètres du mouvement, dont la force. • L ’enregistrement unitaire des neurones de la voie pyramidale dans l’aire 4 montre que la fréquence de décharge varie en fonction de la force de la contraction musculaire

46. Études de A Georgopoulos aux États-Unis et de J.F Kalaska à Montréal • Enregistrements dans l’aire motrice primaire • La décharge de la cellule est clairement plus grande pour une direction donnée • dans ce cas-ci, 180 degrés

47. Différentes cellules ont une décharge préférentielle pour une direction donnée

48. Différentes cellules ont une décharge préférentielle pour une direction donnée Fréquence de décharge (Hz) Direction du mouvement (degrés)

49. Le système extrapyramidal

50. Système extrapyramidal • Noyaux et boucles de feed-back qui influencent l’activité volontaire des muscles en dehors de la voie corticospinale (pyramidale)