NEUROPHYSIOLOGIE DU CONTROLE MOTEUR

DES MOUVEMENTS VOLONTAIRES RAPIDES

Alexandre van Miltenburg – Février 2006

 

Cette étude est basée sur le contrôle moteur du mouvement de l’avant-bras tout en excluant les aspects de planification et de motivation de mouvement.

 

 

INTRODUCTION

 

Les contractions alternatives des muscles du bras vont permettre le déplacement dans l’espace de l’avant-bras. Ce déplacement va se visualiser par des mouvements de flexion et extension du coude permettant notamment d’éloigner et de rapprocher la main du corps. D’autres muscles de l’avant bras vont diriger les mouvements de pronosupination.

 

 

 

 

Cette motricité est organisée de façon hiérarchique. Les mouvements les plus simples sont les réflexes et les mouvements automatiques dont le contrôle est essentiellement assuré par la moelle épinière cervicale. C’est le cas lors d’une flexion rapide du coude afin d’amener la main en protection devant le visage.

 

A un niveau plus complexe, la motricité va concernée le tonus musculaire et la posture. En montrant du doigt bras tendu un objet, l’extension active et maintenue du coude utilise ce type de motricité.

 

Enfin, le troisième niveau de complexité de la motricité concerne les mouvements volontaires proprement dit. Ils nécessitent l’activation des aires cérébrales motrice du cortex cérébral par différents mécanismes d’initiation et de programmation. [1]

 

Ainsi, l’influx nerveux libéré par l’aire motrice va se propager par différentes voies jusqu’aux muscles dont la contraction de certains vont permettre les mouvements de l’avant bras.

 

Tout au long de ce trajet allant du cortex cérébral aux muscles, différentes structures vont permettre de contrôler l’influx nerveux moteur des mouvements volontaires de l’avant-bras dont les mouvements volontaires rapides.

 

 

DEVELOPPEMENT

 

La commande des mouvements volontaires provient du Cortex Moteur Primaire ou Aire A4.

Le Cortex Moteur Primaire est situé en arrière du lobe frontal, juste en avant du sillon central appelé aussi scissure de Rolando qui sépare le lobe frontal du lobe pariétal. [2]

C’est de l’Aire A4 que part l’influx nerveux qui va déclencher la contraction musculaire.

 

 

  

 

Lors de la contraction des muscles de l’avant-bras, l’influx nerveux proviendra d’un point précis de l’Aire A4. Ce point précis peut être localisé grâce à la représentation somatotopique des régions du corps correspondantes sur l’Aire A4 ou Cortex Moteur Primaire. C’est ce que l’on appelle également l’homoncule moteur de l’Aire A4.

 

 

 

 

De l’homoncule moteur gauche proviendront les influx activant les muscles mobilisant l’avant-bras droit et de l’homoncule droit ceux qui activeront les muscles moteurs de l’avant-bras gauche. Ce changement de côté ou décussation aura lieu au niveau du Bulbe.

 

 

Cependant, dès le départ, cet influx nerveux est sous la dépendance d’autres régions cérébrales. Suivant les objectifs du mouvement, son degré de force, de précision et de rapidité, d’autres structures cérébrales vont intervenir.

 

Le cortex pré frontal et le cortex frontal (zone de planification du mouvement) eux même informés par le cortex pariétal (zone de perception spatiale situant dans le cas présent la position de l’avant-bras dans l’espace) adressent une stimulation motrice vers l’aire A4. Cette stimulation va d’abord passer par différentes zones cérébrales de régulation dont les Ganglions de la base de l’hémisphère cérébral homolatéral.

 

 

Les Ganglions de la base regroupent sous cette appellation plusieurs structures anatomiques cérébrales qui sont :

                        - le noyau caudé

                        - le putamen

                        - le globus pallidus

                        - et le noyau sous thalamique

 

La substance noire, bien que n’en faisant pas partie anatomiquement, leur est associé du fait de ses nombreuses interconnections neuronales.

 

Le noyau caudé et le putamen forment un ensemble anatomique appelé striatum.

 

 

 

 

Les Ganglions de la base, regroupant toutes les informations en provenance du cortex préfrontal, frontal et pariétal, exerceraient une action facilitatrice ou inhibitrice du mouvement si ce dernier est inadapté. Ils autorisent ou non globalement la contraction des différents muscles sans s’occuper du déroulement, de la précision ou de l’harmonie.

 

Puis, via le Thalamus, où il subit encore une régulation, l’influx nerveux adapté remonte vers le cortex.

Au Thalamus, les informations sensorielles de toucher et de douleur, dans le cas présent en provenance de l’avant-bras, vont réguler l’équilibre, la position et l’orientation de l’avant-bras dans l’espace. Le Thalamus va ainsi adapter le geste de l’avant-bras à sa position dans l’espace et à la position du corps afin d’éviter les déséquilibres et les dysharmonies des mouvements.

 

 

 

 

 

L’influx nerveux rejoint alors l’Aire Frontale A6, située juste en avant de l’Aire A4, et composée :

- du Cortex Prémoteur ou Aire Prémotrice (APM)

- et de l’aire Motrice Supplémentaire (AMS).

 

 

 

 

Concernant la motricité de l’avant-bras, l’influx nerveux va se rendre essentiellement vers l’Aire Motrice Supplémentaire (AMS) qui participe à la stimulation des muscles distaux des membres et à la coordination des mouvements de pronosupination de l’avant-bras ainsi que de la main.

 

L’Aire Prémotrice (APM) sera concernée pour guider le mouvement en intégrant les informations sensorielles et en stabilisant les muscles proches de l’axe du corps assurant un maintien ferme du corps et notamment de l’épaule permettant une mobilisation active correcte de l’avant-bras.

 

 

 

 

A ce stade, l’Aire A6 (AMS + APM) travaille avec le Cervelet afin de déterminer le déroulement le plus harmonieux dans la contraction des différents muscles concernés.

 

 

 

Le Cervelet participe à l’ajustement fin des contractions musculaires et à la coordination des mouvements. Il enregistre des séquences de mouvements et intègre l’ensemble des informations afin que le corps puisse produire des mouvements fluides et harmonieux dont nous n’avons même plus conscience.

 

Par exemple, pour une danseuse, les mouvements de l’avant-bras sans cesse travaillés pour une scène précise, deviendront harmonieux et intégrés à l’ensemble du corps. La danseuse les effectuera sans même y réfléchir. Le Cervelet assure l’apprentissage et la coordination des mouvements du corps et de l’avant-bras en particulier.

 

 

 

 

Le Cervelet est subdivisé en trois régions dont chacune est connectée à une structure cérébrale spécifique et impliquée dans une fonction précise.

L’Archéocervelet, connecté au Vestibule, est impliqué dans l’équilibre. Ici, il participera à l’équilibre du tronc donnant un point d’appui aux mouvements de l’avant-bras.

Le Paléocervelet est connecté à la Moelle et influence le tonus musculaire et la posture. A chaque instant, il contrôle le tonus musculaire du corps et des membres dont les supérieurs et laisse libre les muscles chargés de faire la flexion et l’extension du coude ou la pronosupination.

Enfin, le Néocervelet est connecté au Cortex et contribue à la coordination des mouvements de l’avant-bras.

 

 

 

 

Pour assurer son rôle de coordination et de précision des mouvements le Cervelet est en étroite relation avec le cortex cérébrale.

 

L’Aire Motrice Supplémentaire (AMS) et l’Aire Prémotrice (APM) envoient de nombreuses informations vers les noyaux pontiques du tronc cérébral.

 

De là les influx nerveux se rendent vers le Cervelet :

 

C’est la voie cortico-ponto-cérébelleuse.

 

 

 

 

A partir du Cervelet l’influx remonte vers l’Aire A4 avec un nouveau contrôle en traversant le noyau ventrolatéral du Thalamus.

 

On retrouve encore ce rôle de régulation du Thalamus qui semble donner la touche finale incontournable à tout mouvement élaboré. Il agit comme un chef d’orchestre regroupant l’ensemble des informations cérébrales.

 

Le Cervelet va influencer en précision et harmonie la mobilisation de l’avant-bras. Il va ainsi fortement participer à la coordination entre les contractions et décontractions alternées des muscles de l’avant-bras.

 

Il assure aussi un rôle dans la posture et l’équilibre du corps du corps améliorant ainsi le point d’appui qui permettra le mouvement harmonieux de l’avant-bras.

 

 

 

 

 

Dans un dernier temps, le Cortex Moteur Primaire (Aire A4) transmet, par les influx nerveux, l’ensemble des informations recueillies au Tronc Cérébral et à la Moelle Epinière.  

 

C’est le Faisceau Pyramidal, composé d’axones dont les corps cellulaires se trouvent au niveau de l’Aire A4, qui va assurer le transport des influx nerveux moteurs.

 

Au niveau de la Protubérance et du Bulbe, d’autres structures, recevant notamment des afférences visuelles et auditives mais aussi algiques en provenance des muscles de l’avant-bras, vont encore moduler ou adapter les influx nerveux moteurs des muscles assurant le tonus et la stabilité et des muscles mobilisant l’avant-bras.

 

Au niveau du Bulbe il se produit une décussation de ce faisceau pyramidal qui change de coté. Ainsi, le cortex moteur droit va stimuler les muscles gauches et inversement.

 

C’est le Faisceau Pyramidal, empruntant la voie corticospinale latérale spécifique à l’innervation des muscles des membres, qui assure la conduction de l’influx nerveux jusqu’aux motoneurones pour finalement produire la contraction des muscles nécessaire à la mobilisation de l’avant-bras.

 

 

 

 

 

Enfin, les Réflexes qui vont participer aux mouvements de l’avant-bras sont régulés par la moelle épinière cervicale d’où partent les motoneurones innervant les muscles.

 

Contrairement à d’autres niveaux de la moelle il n’existe pas au niveau cervical de centre autonome médullaire de régulation de l’influx nerveux.

 

Concernant les muscles de l’avant bras, les motoneurones ainsi que leurs réflexes correspondant sont situés au niveau du rachis cervical bas entre la 5ème et la 7ème vertèbre cervicale.

 

Le système de régulation au niveau médullaire s’appelle l’Arc Réflexe.

 

 

 

 

 

 

CONCLUSION 

 

De la commande prémotrice jusqu’aux muscles de l’avant-bras, l’influx moteur cérébral sera contrôlé et régulé afin d’ajuster les stimulations musculaires permettant de contrôler les forces, les amplitudes, la précision et l’harmonie du geste de l’avant-bras en tenant compte de la globalité du corps et de l’espace.

 

 

 

 

 

 

ADDENDUM

 

Il semblerait que I'intention n'intervienne pas en premier lieu pour contrôler les mouvements rapides de notre main.

L'équipe de Yves Rossetti (Unité Inserm 534 « Espace et action » [3]) en association avec des chercheurs de l'Université Claude Bernard et des Hospices Civils de Lyon [4], viennent de mettre en évidence la présence d’un « pilote automatique ». Il s’agit d’un réseau de neurones localisés dans le cortex pariétal supérieur. Ce « pilote automatique » est systématiquement activé par défaut et guide la main de manière automatique dans le cas de gestes rapides et brefs. Il semble également exister des interconnections entre ce pilote automatique et le Cervelet qui participerait à son activation et probablement à sa régulation.

 

 

 

 

REFERENCES :

 

[1] Le système nerveux central. http://www.biodeug.com/index.php

[2] Le Cerveau à tous les Niveaux. Institut de Recherche en Santé du Canada.

http://www.cihr-irsc.gc.ca/f/8602.html Documents en copyleft

[3] Inserm U 534, laboratoire Espace et Action, 16 avenue Lépine, CP 13,69676 Bron cedex, France.

[4] Hospices civils de Lyon, 59 Boulevard Pinel, 69003 Lyon et Université Claude Bemard, Lyon, France.

Nature Neuroscience, juillet 2000, vol 3, n°5: pp 729-736

An "automatic pilot" for the hand in human posterior parietal cortex: toward reinterpreting optic ataxia

L. Pisella, H. Gréa, C. Tilikete, A. Vighetto, M. Desmurget, G. Rode, D. Boisson and Y. Rossetti [1] et [2]

 

 Photos : Fanny Gorse, danseuse au Ballet de l'Opéra de Paris