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L3ES neuroperf CM1et2

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NEUROSCIENCES DU SPORT
ET DE LA PERFORMANCE
Dimitri BAYLE / [email protected]
Organisation de l’EC
2
24 heures CM
Biomécanique de la performance, 10h, N.Termoz
Neurosciences de la performance, 10h, D.Bayle (6h) et S.Martin (4h)
4h, Giovanni de Marco
3
Le cerveau, un muscle
comme un autre?
- Au même titre que d’autres organes (cœur, système
respiratoire, muscles…) le cerveau à un rôle
important dans la performance
- Quelles sont les caractéristiques d’un cerveau
favorisant la performance? Comment observer,
quantifier le cerveau?
- Peut-on entrainer/modifier le cerveau pour
améliorer la performance sportive? (spoiler: la
réponse est oui)
4
Le cerveau, un muscle
comme un autre?
5
Plan – Neurosciences
de la performance
I Prérequis : Rappels neurophysio L1/L2
II Le cerveau des experts : Méthodes d’observation du
cerveau, caractéristiques chez l’expert
III Comment le cerveau se modifie? : La plasticité cérébrale
IV Application 1 : Neurodoping, stimulation externe du
cerveau et performance.
V Application 2: Neurofeedback, entrainement par
observation de l’activité cérébrale et performance
VI Application 3: Imagerie mentale et performance
(S.Martin)
I - Prérequis : Rappels neurophysio L1/L2
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Le neurone
Dendrites
Bouton
synaptique
Noyaux
Corps Cellulaire
(soma)
Gaine de myeline
Terminaison
axonale
Axone
Nœud de Ranvier
-100 milliards de neurones présents dans le cerveau humain x 10 000 connexions
I - Prérequis : Rappels neurophysio L1/L2
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Le neurone
I - Prérequis : Rappels neurophysio L1/L2
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Arrivée du PA
Vésicule
(neurotransmetteur)
Libération
Fente synaptique
Cellule postsynaptique
Dépolarisation ou
Hyperpolarisation
8
I - Prérequis : Rappels neurophysio L1/L2
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Le neurone
Si la somme des potentiels post synaptique atteint le seuil de stimulation : PA
I - Prérequis : Rappels neurophysio L1/L2
Neurotransmetteurs:
Dopamine : Excitateur.
Système dopaminergique
Voie Nigro-striatale: Neurone
de substance noire du tronc
projettent dans le striatum (nx
caudé + putamen)
80% des neurones
dopaminergiques
I - Prérequis : Rappels neurophysio L1/L2
11
Cerveau: substance blanche, substance grise
Substance blanche
I - Prérequis : Rappels neurophysio L1/L2
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Cerveau: substance blanche, substance grise
Substance grise
I - Prérequis : Rappels neurophysio L1/L2
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Cerveau: cortex: 4 lobes (ou cortex)
- Couche de neurones située sous la surface du cerveau
Extrémité des afférences sensorielles
I - Prérequis : Rappels neurophysio L1/L2
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La chaine motrice
I - Prérequis : Rappels neurophysio L1/L2
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Le faisceau pyramidal
Du cortex moteur primaire (M1) à la
musculature:
Voie pyramidale ou cortico-spinale
Décussation des voies pyramidales
et contrôle « croisé » de la
musculature
(1 seul relais synaptique, mn alfa)
Cette voie correspond à l’ensemble des fibres
nerveuses descendant du cerveau jusqu'à différents
étages de la moelle épinière et destinées à conduire
les ordres moteurs, dont le rôle est de mobiliser les
muscles du squelette.
I - Prérequis : Rappels neurophysio L1/L2
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Des voies extra pyramidales
•
Responsable de l’activité motrice plus
générale
•
Issus de différents centres moteurs du
cerveau, du tronc cérébral, et relayés par le
cordon ventral de la ME
• Il en existe de plusieurs types: Voies
archéo-motrices, Voies paléo-motrices,
Voies néo-motrices
I - Prérequis : Rappels neurophysio L1/L2
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18
19
20
II -Le cerveau des experts
21

Observer et quantifier le cerveau : IRM anatomique
1/Aimant : produit une onde magnétique RF.
2/ Onde radio : résonnance des atomes H
3/ Arrêt de l’onde radio: les atomes d’H
émettent à leur tour un champ RF capté par
une antenne
II -Le cerveau des experts
22

Observer et quantifier le cerveau : IRM anatomique
T1
- Angiographie …
T2
Diffusion
II -Le cerveau des experts
23

Observer et quantifier le cerveau : IRM anatomique
➢
Mesures volumétriques (T1)
 Former professional, now symptomatic American
Football Players (n=71) show
▪ Reduced amygdala volume
▪ Reduced cingulate gyrus volume
▪ Hippocampal volume correlated with impaired
memory function
▪ Volume of cingulate gyrus correlated with severity of
depressive symptoms
II -Le cerveau des experts
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
Observer et quantifier le cerveau : IRM anatomique
➢
Mesure de l’épaisseur corticale (T1)
II -Le cerveau des experts
25

Observer et quantifier le cerveau : IRM anatomique
➢
Mesure de l’épaisseur corticale
• 24 joueurs professionnels
• Imagerie IRM T1 + tests
neurospychologiques (mémoire)
• Pas de différence d’épaisseur corticale avec les
contrôles
Wojtowicz, 2018
• Mais, volume cérébrale, volume de l’hippocampe
et des amygdales inférieur.
Cette baisse de volume est corrélée avec… la
consommation d’alcool
II -Le cerveau des experts
26

Observer et quantifier le cerveau : IRM anatomique
➢
Mesure de l’épaisseur corticale
Wei, 2011
II -Le cerveau des experts
27

Observer et quantifier le cerveau : IRM anatomique
➢
Imagerie de diffusion et mesure de la matière blanche
II -Le cerveau des experts
28

Observer et quantifier le cerveau : IRM anatomique
➢
Imagerie de diffusion et mesure de la matière blanche
T2
Diffusion
II -Le cerveau des experts
29

Observer et quantifier le cerveau : IRM anatomique
➢
Imagerie de diffusion et mesure de la matière blanche
 Coefficient de diffusion apparent
->mobilité de l’eau
 Diffusion restreinte dans la matière
blanche
II -Le cerveau des experts
30

Observer et quantifier le cerveau : IRM anatomique
➢
Imagerie de diffusion et mesure de la matière blanche
II -Le cerveau des experts
31

Observer et quantifier le cerveau : IRM anatomique
➢
Imagerie de diffusion et mesure de la matière blanche
Aspects fonctionnels
Thiebaut de Schotten et al. 2011
II -Le cerveau des experts
32

Observer et quantifier le cerveau : IRM anatomique
➢
Imagerie de diffusion et mesure de la matière blanche
Matière blanche et lésions
Koerte et al. JAMA 2012
Figure source: Spiotta et al. 2012
II -Le cerveau des experts
33

Observer et quantifier le cerveau : IRM anatomique
➢
Imagerie de diffusion et mesure de la matière blanche
Effet de l’expertise
Bengtsson et al 2005
II -Le cerveau des experts
34

Observer et quantifier le cerveau : IRM anatomique
➢
Imagerie de diffusion et mesure de la matière blanche
Effet de l’expertise
Hanggi, 2010
II -Le cerveau des experts
35

Observer et quantifier le cerveau : IRM anatomique
➢
Imagerie de diffusion et mesure de la matière blanche
Effet de l’expertise
Hanggi, 2010
II -Le cerveau des experts
36

Observer et quantifier le cerveau : IRM fonctionnelle
IRMa
étude structurelle du cerveau
fMRI
étude fonctionnelle du cerveau
II -Le cerveau des experts
37




Observer et quantifier le cerveau : IRM fonctionnelle
mesure le signal BOLD qui reflète le
taux d'oxygénation du sang dans le
cerveau. (Blood-oxygen-level
dependent)
l'afflux de sang oxygéné
(oxyhémoglobine) augmente dans les
régions qui consomment de l'énergie.
Pas les mêmes propriétés magnétiques
que le sang dé-oxygéné
(désoxyhémoglobine).
II -Le cerveau des experts
38

Observer et quantifier le cerveau : IRM fonctionnelle
II -Le cerveau des experts
39

Observer et quantifier le cerveau : IRM fonctionnelle
Problème lié à la soustraction:
Alternance entre une phase de contrôle (OFF) et une
phase de tâche (ON)
Activité d’un voxel au cours de l’expérience :
II -Le cerveau des experts
40
Observer et quantifier le cerveau : IRM fonctionnelle
Effet de l’expertise

II -Le cerveau des experts
41
Observer et quantifier le cerveau : IRM fonctionnelle
Effet de l’expertise

Pilote : moins d’activation et meilleure connectivité entre les aires cérébrales
II -Le cerveau des experts
42
Observer et quantifier le cerveau : IRM fonctionnelle
Effet de l’expertise

Zhang, 2019
II -Le cerveau des experts
43
Observer et quantifier le cerveau : IRM fonctionnelle
Effet de l’expertise

Zhang, 2019
II -Le cerveau des experts
44
Observer et quantifier le cerveau : IRM fonctionnelle
Effet de l’expertise

(Yang, 2015)
II -Le cerveau des experts
45
Observer et quantifier le cerveau : IRM fonctionnelle
Effet de l’expertise

(Yang, 2015)
II -Le cerveau des experts
46
Observer et quantifier le cerveau : IRM fonctionnelle
Effet de l’expertise

(Yang, 2015)
II -Le cerveau des experts
47

Observer et quantifier le cerveau : IRM fonctionnelle
Exemple: Perception de l’effort
Fontes, 2013
II -Le cerveau des experts
48

Observer et quantifier le cerveau : IRM fonctionnelle
Exemple : Perception de l’effort
Fontes, 2013
II -Le cerveau des experts
49

Observer et quantifier le cerveau : IRM fonctionnelle
Exemple: Perception de
l’effort
Posterior cingulate
cortex: integration d’info
sensorielle, motrice,
emotionelle / mindwandering / conscience
Fontes, 2013
II -Le cerveau des experts
50
Observer et quantifier le cerveau
La NIRS (near infraRed spectroscopy)

II -Le cerveau des experts
51
Observer et quantifier le cerveau
La NIRS (near infraRed spectroscopy)

Carius, 2020
II -Le cerveau des experts
52
Observer et quantifier le cerveau
La NIRS (near infraRed spectroscopy)

Carius, 2020
II -Le cerveau des experts
53
Observer et quantifier le cerveau
La NIRS (near infraRed spectroscopy)

Carius, 2020
III –Plasticité cérébrale
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Les modifications observées sur la structure (IRMa) ou le
fonctionnement (IRMf) des cerveaux experts sont le
résultat d’un long processus de neuroplasticité.
Par quels mécanismes physiologiques le cerveau
développe une expertise menant à la performance?
Comment se met en place la neuroplasticité pour
augmenter la performance, sur le long terme mais aussi
sur le cours terme, lors de l’apprentissage moteur.
III –Plasticité cérébrale
55
Permet le maintient de fonctions (cognitives, sensorielles,
motrices…) malgré la destruction de réseaux neuronaux
III –Plasticité cérébrale
56
Permet l’optimisation de la performance, motrice ou non.
Permet des modifications de comportements a plus court
terme (apprentissages moteurs, cognitifs)
Ex : suite à AVC, Héminégligence
Mise en évidence simple: test de bissection de ligne
III –Plasticité cérébrale
57
Permet l’optimisation de la performance, motrice ou non (cf
chapitre II).
Permet des modifications de comportements a plus court
terme (apprentissages moteurs, cognitifs)
Ex : suite à AVC, Héminégligence
Rossetti et al.
III –Plasticité cérébrale
58
Permet l’optimisation de la performance, motrice ou non
(cf chapitre II).
Permet des modifications de comportements a plus court
terme (apprentissages moteurs, cognitifs)…..
… qui peuvent perdurer sur le long terme
III –Plasticité cérébrale
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❑
Définition
Processus dynamique et permanent qui permet au cerveau de s’organiser
ou se réorganiser pendant l’ontogenèse, l’apprentissage ou à la suite de
dommages du système périphérique ou central.
Intervient pendant l’acquisition ou la réacquisition des habiletés motrices, à
la suite de la réalisation répétée de mouvements complexes ou de leur
simulation mentale.
Ces changements sont souvent considérés comme lents, progressifs et
durables mais ils peuvent également apparaitre sur des échelles temporelles
très courtes (inférieures à la demi-heure).
III –Plasticité cérébrale
60
❑
Définition
Au plan structurel, « la plasticité cérébrale est marquée par un processus
de remodelage de l’organisation neurono-synaptique, dans le but
d’optimiser le fonctionnement de réseaux du système nerveux central »
(Duffau, 2006).
Au plan fonctionnel, « la plasticité est une propriété intrinsèque du cerveau
humain qui représente l’invention de l’évolution pour permettre au système
nerveux d’échapper aux restrictions de son propre génome et ainsi
s’adapter
à
la
pression
de
l’environnement,
des
changements
physiologiques, et de l’expérience ». (Pascual-Leone et al. 2005).
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