Processus d integration sensori-motrice

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1 Processus d integration sensori-motrice au niveau cortical P. Burbaud UMR.CNRS 5227 Universités de Bordeaux 2

2 Planification de l action Définition des stratégies motrices Adaptation au contexte Cognition et émotions Aires préfrontales Codage des paramètres du mouvement et l organisation du geste Cortex moteurs et prémoteurs Routines comportementales Mémoire procédurale Ganglions de la base et Cervelet Activités automatiques Ajustements posturaux Tronc cérébral Moelle épinière

3 Intégration sensori-motrice au niveau cortical 1. Quelques notions d ontogénèse 2. Le système latéral: intégration visuo-motrice STS-F4: attraper AIP-F5c: saisir STS-F5m: comprendre 3. Le système médial: intégration somato-motrice S1: sentir A5: percevoir SMAp: intégrer et planifier

4 En matière de préambule. Les informations sensorielles permettent : - l analyse du contexte somatique ou extra-personnel - la préparation de la planification motrice - l adaptation du geste en cours. La représentation de l espace peri-personnel au niveau cortical est pro-active: la perception des stimuli est influencée par l acte moteur dont ils seront l objet. Cette représentation se met en place progressivement au cours de l ontogénèse

5 La construction du cerveau au cours de l ontogénèse obéit à un double déterminisme Génétique Epigénétique

6 Génétique La régionalisation corticale est liée à des gradients moléculaires

7 Epigénétique Rôle majeur dans la plasticité synaptique tout au long de la vie de l individu Les informations issues de l environnement ou de la propre activité du sujet vont modifier en permanence les synapses au sein des réseaux Hebb ( ) C Modèle neuronale de l apprentissage associatif

8 La plasticité repose sur le renforcement synaptique Stim. Tétanique B Avant B Après A Potentialisation à long terme (LTP) A Bliss et Lomo 1973 Stim. Tétanique Induction PLT NO Mg 2+ Dépolarisation Na + / K + Suppression du blocage Mg 2+ Phosphorylation PK

9 Un peu d ontogénèse Le fœtus in utéro a déjà un répertoire d actes finalisés et dispose d une représentation motrice de l espace Au cours des trois premiers mois, l occulomotricité se développe et notamment la convergence, venant enrichir la connaissance de l espace peri-personnel. Le nouveau-né ne voit que les objets proches: il passe une grande partie du temps à regarder ses mains et à chercher à attraper des objets proches Après trois mois, la maturation du cristallin permet l exploration de l espace lointain

10 Stade du développement psycho-moteur Définition Prise de contrôle du système musculaire au fur et à mesure de la disparition de la motricité primaire archaïque (réflexe), le développement du système nerveux central, de la répétition de ses expériences motrices Grandes lois de développement - Différentiation: motricité globale réflexe (réflexe d aggrippement 1-2 mois) à une motricité localisée et élaborée (préhension volontaire 5-6 mois) - Variabilité: progression non uniforme, discontinue, variable - Succession: progrès céphalo-caudal et proximo-distal

11 Plasticité et apprentissage Increased Cortical Representation of the Fingers of the Left Hand in String Players. Elbert, Thomas; Pantev, Christo; Wienbruch, Christian; Rockstroh, Brigitte; Taub, Edward Science. 270(5234): , October 13, Représentation somatotopique de la main chez le musicien MEG

12 Circuits pariéto-frontaux

13 Deux grands systèmes Latéral: intégration visuo-motrice Médial: intégration sensori-motrice

14 Système Latéral: intégration visuo-motrice Voies VIP-F4 Attraper (reaching)

15 VIP-PG

16 F4: Congruence somato-visuelle Les CR visuels sont localisés autour des CR somatosensoriels

17 F4: propriétés motrices. Les neurones déchargent en rapport avec des mouvements de régions spécifiques du corps qui correspondent à leurs CR. Ils codent des mouvements dirigés vers des localisations précises de l espace atteignables avec la main. F4: effets des lésions. Heminégligence spatiale et ataxie du membre.. Déficit limité à l espace péri-personnel

18 Système Latéral: intégration visuo-motrice Voies AIP-F5 Saisir (grasping)

19 AIP: propriétés visuo-motrices

20 AIP: Spécificité

21 F5: codage d une gestuelle spécifique pour la préhension Vocabulaire moteur

22 F5: Saisir (avec la main et/ou la bouche) Bouche Main CL Main IL

23 F5: Propriétés visuo-motrices

24 La perception visuelle d un objet implique la sélection immédiate et automatique des propriétés intrinsèques qui nous permettent d interagir avec lui AIP code les caractéristiques visuelles de l objet utiles pour la préhension Processus ontogénétique Choix du type de prise F5 code les actes moteurs qui leurs sont congruents

25 F5 neurones (F5a,b). Ces neurones, dits canoniques, répondent lors de la présentation d objets dont le singe peut se saisir. Ils codent des actions spécifiques et non pas des mouvements individualisés F5 lésions (F5a,b). Altération de la préparation de la préhension (liée aux propriétés visuelles de l objet). Perturbation du processus d analyse des caractéristiques tri-dimensionnelles de l objet

26 Propriétés des neurones de F5c Neurones miroirs (Rizzolatti et al., 1992)

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28 Neurone miroir ingestif à congruence stricte

29 Fonction des neurones miroirs Compréhension du sens des évènements moteurs (Rizzolatti) - Spécificité pour une modalité d interaction avec les objets - Actes ayant une signification fonctionnelle pour l utilisateur - Synthèse de l information visuelle permettant l imagerie mentale Production des images motrices (Jeannerod) - Mêmes neurones que ceux impliqués dans la planification et la préparation motrice - Base des comportements d imitation

30 Neurones miroirs et compréhension de l action

31 Neurones miroirs «communicatifs»

32 Fonctions des neurones miroirs communicatifs Chez le singe, certains actes communicatifs (claquement des lêvres, protusion labiale) se seraient développés à partir de mouvements liés à l ingestion de nourriture et au toilettage Lorsqu un singe épouille un congénère, il fait un claquement des lêvres plus sonore que lors des activités d ingestion de nourriture = ritualisation

33 Singe acteur Spécificité d action Non-spécifique

34 Et chez l homme?

35 Le système des neurones miroirs chez l homme

36 Mordre Chien

37 Parler Claquer des lêvres Aboyer

38 Système Latéral: intégration somato-motrice Rappel sur l organisation du système somatosensoriel

39 Processus de synthèse de l information somesthésique Convergence du traitement des informations au niveau du cortex somesthesique primaire

40 Champs récepteurs complexes des neurones de l area 5 (PE) du cortex pariétal

41 A5 AMSp (F3) Aire motrice supplémentaire Fonction: - Initiation spontanée des comportements - Planification spatio-temporelle des actes moteurs séquentiels Lésions: - Akinésie et/ou bradykinésie - Perturbation de l éxécution des séquences motrices et/ou verbales

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43 Pour conclure Chez le primate, chacune des projections pariéto-frontales prend en charge un aspect du traitement de l information utile pour la planification motrice Les circuits sous-tendant ces processus d intégration sensori-motrice se développent au cours de l ontogénèse en fonction des apprentissages Leur dysfonctionnement expliquent les troubles observés chez l homme dans le cadre de nombreuses pathologies