KS Gueugneau

MOTS CLÉS
Apprentissage moteur
Imagerie motrice
Neurophysiologie
Réhabilitation
Simulation
D’un point de vue
appliqué, l’imagerie
motrice a un impact
positif
sur l’apprentissage
moteur.
Son efficacité clinique
en réhabilitation
neurologique
doit être désormais
mieux quantifiée
“
”
LA SIMULATION MENTALE DU MOUVEMENT :
DONNÉES EXPÉRIMENTALES ET IMPLICATIONS CLINIQUES
Nicolas GUEUGNEAU1, Thierry POZZO1, Charalambos PAPAXANTHIS1
29
n° 475
mars 2007
KS
G
RÂCE à l’intérêt des neurosciences cogni-
tives pour l’étude de la motricité humaine,
au sens d’une intégration du monde physique,
du corps et de leur interaction par le système
nerveux central (SNC), notre compréhension
des mécanismes biologiques qui sous-tendent
les représentations motrices n’a cessé d’évo-
luer ces dernières années.
Si jusque dans les années 70 les images men-
tales étaient considérées comme des épiphé-
nomènes de l’activité mentale, indépendants
de toute modalité sensorielle, nous savons
aujourd’hui que voir, entendre ou bouger une
partie de son corps mentalement sont des acti-
vités mettant en jeu des mécanismes spéci-
fiques proches des activités perceptivo-motri-
ces réelles correspondantes.
L’image mentale en tant qu’objet d’étude inté-
gré dans le processus de traitement de l’infor-
mation est aujourd’hui appréhendée à l’aide
de paradigmes issus de la psychologie et des
neurosciences cognitives.
L’imagerie motrice est une catégorie particu-
lière d’image mentale. Là où les images men-
tales visuelles ou auditives engagent spécifi-
quement des zones du cerveau habituellement
impliquées dans la perception visuelle ou
auditive [1, 2, 3], la simulation mentale d’un
acte moteur engage de manière tout aussi spé-
cifique le système sensori-moteur. L’imagerie
motrice met ainsi en jeu des mécanismes
neurocognitifs proches de ceux impliqués
dans la programmation et dans l’exécution
motrice [4].
Une image motrice est une forme de représen-
tation interne consciente et conserve de nom-
breuses propriétés du mouvement. C’est un
état dynamique durant lequel un être humain
se représente mentalement une activité
motrice sans l’activité musculaire nécessaire à
la production de mouvement [5, 6] ; on parle
également “d’imagerie interne” ou d’imagerie
“à la 1ère personne”.
Action exécutée et action simulée interagis-
sent et sont liées fonctionnellement. C’est,
d’une part l’intériorisation progressive des
activités sensori-motrices du sujet dans son
environnement qui permet la genèse des ima-
ges motrices durant le développement ontogé-
nétique, des schèmes simples aux actions
complexes [7]. Il paraît difficilement conceva-
ble que la représentation préexiste à l’action ;
il n’y a pas action sans représentation, ni
représentation sans action.
D’autre part les images mentales d’une action
peuvent avoir un impact sur la motricité, et
1INSERM-M 0207 Motricité et plasticité
Université de Bourgogne
Dijon (21)
Nous remercions le Conseil régional
de Bourgogne pour son soutien financier
Pratiques
kinésithérapiques
Les limites
de l’apprentissage
Perspectives
et avenir
Rappels
théoriques

30
n° 475
mars 2007
KS
peuvent ainsi modifier ou améliorer de manière substan-
tielle la performance motrice (e.g. entraînement mental et
réhabilitation neurologique).
Cet article propose une synthèse des connaissances
récentes sur l’imagerie motrice. Nous montrerons com-
ment l’imagerie motrice s’est révélée un puissant outil
pour mieux comprendre le contenu des représentations
motrices et comment elle revisite la dichotomie classique
perception-action. Il s’articulera autour de trois axes : le
premier traitera d’études montrant l’existence de méca-
nismes communs entre l’action simulée et l’exécution
motrice.
Puis, nous verrons comment l’imagerie motrice rentre
dans les champs du contrôle moteur et de la cognition
motrice, à travers la théorie de la simulation.
Enfin, nous présenterons les implications cliniques de l’i-
magerie motrice et les données les plus récentes concer-
nant notamment l’imagerie, le vieillissement et la chrono-
biologie.
PSYCHOLOGIE ET NEUROPHYSIOLOGIE
DE L’ACTION MENTALEMENT SIMULÉE :
du cerveau au muscle ?
Sites cérébraux et voie cortico-spinale
(fig. 1)
L’avènement de la neuro-imagerie anatomo-fonctionnelle
a permis d’identifier et de mieux comprendre le fonction-
nement des réseaux neuronaux impliqués dans de nom-
breux processus cognitifs humains. Les techniques de car-
tographies cérébrales ont ainsi pu mettre à jour les
structures neurophysiologiques participant à la simula-
tion mentale du mouvement.
Une donnée majeure apportée par ces outils est le large
chevauchement des substrats neurophysiologiques sous-
jacents à l’exécution du mouvement et à sa simulation
mentale. Il a été montré que, lors de l’imagination d’un
acte moteur, les patterns d’activations des sites cérébraux
dédiés à la programmation et au contrôle du mouvement
sont semblables à ceux observés lors du même acte réel-
lement exécuté. L’aire motrice supplémentaire (AMS) et le
cortex prémoteur sont ainsi systématiquement activés
lors de tâches d’imagerie motrice [8,9, 10].
Les ganglions de la base, le cervelet et le cortex pariétal,
impliqués dans le contrôle et la planification du mouve-
ment, participent aussi à l’élaboration et aux transforma-
tions des images motrices [11, 12].
L’étude des performances chez des patients neurolo-
giques a également permis de confirmer la participation
déterminante du cortex pariétal et du cervelet dans des
tâches d’imagerie motrice [13, 14], les patients cérébel-
leux et pariétaux présentant des déficiences spécifiques
dans l’imagination du mouvement.
Si plusieurs centres corticaux et sous-corticaux du
contrôle moteur sont impliqués dans l’imagerie motrice,
la participation du cortex moteur primaire (M1), zone a
priori exclusivement motrice, a un temps posé question.
Néanmoins, deux faisceaux d’expérimentations mettent
en avant sa participation dans des tâches de pure simula-
tion mentale. D’une part l’utilisation de l’imagerie fonc-
tionnelle par résonance magnétique (IRMf) a permis de
déceler une activité significative de M1 dans des tâches
LA SIMULATION MENTALE DU MOUVEMENT :
DONNÉES EXPÉRIMENTALES ET IMPLICATIONS CLINIQUES
▲Figure 1
Image IRM moyenne (n = 6) des cerveaux de sujets sains
imaginant et exécutant des mouvements des doigts
et des orteils
A- Activation au niveau de l’aire motrice cingulaire (CMAc)
lors de l’imagination de mouvements des doigts
B- Activation de la même aire motrice lors de l’exécution
de mouvements des doigts
C- Activation du cortex moteur primaire (M1) et de l’aire
motrice supplémentaire (SMA) lors de l’imagination
de mouvements des orteils
D- Activation des mêmes aires lors de l’exécution
de mouvements des orteils. Notez la similarité de l’activité
neuronale entre mouvement imaginé et mouvement
exécuté (entre A et B, entre C et D)
Adapté de Ehrsson et coll., 2003
A
C
B
D

31
n° 475
mars 2007
KS
d’imagerie mentale, en contrôlant que cet effet ne soit pas
induit par des feedbacks proprioceptifs dus à une activité
électromyographique [15, 16, 17].
De manière plus étonnante encore, l’activité de M1 durant l’i-
magerie motrice, mais aussi celle du cervelet et du cortex
pariétal, est latéralisée et somatotopique [18, 19, 20].
L’activité cérébrale indique alors que s’imaginer mouvoir
une partie de son corps repose moins sur des représenta-
tions cognitives abstraites que sur une réelle simulation
motrice impliquant les structures cérébrales spécifiques aux
effecteurs engagés dans le processus d’imagerie motrice.
Le second faisceau d’études qui approfondit l’idée de la
participation du système moteur dans l’imagination du
mouvement vient des expérimentations sur l’excitabilité
des voies motrices descendantes. La technique de la sti-
mulation magnétique transcrânienne (SMT) permet d’éva-
luer le niveau d’excitabilité de la voie corticospinale en
mesurant les potentiels moteurs évoqués (PME) sur des
muscles cibles en réponse à une stimulation de M1. De
nombreux auteurs ont alors montré que l’imagerie
motrice modulait systématiquement l’excitabilité du sys-
tème corticospinal [21, 22, 23, 24].
L’intensité des PME est spécifiquement augmentée sur les
muscles engagés dans le mouvement imaginé, et non sur
les muscles antagonistes. De manière intéressante, cette
facilitation des PME durant l’imagerie est proche de celle
observée durant la performance motrice.
Concernant l’origine de cette facilitation des PME durant
l’imagerie motrice, deux principaux résultats s’opposent
dans la littérature. En premier lieu, quelques auteurs ont
reporté une augmentation de l’excitabilité au niveau spi-
nal en mesurant par exemple le reflex H [25, 26]. Celle-ci
était cependant associée à une activité électromyogra-
phique qui pourrait signifier que les sujets bougent légè-
rement pendant la tâche et n’effectuent donc pas seule-
ment un mouvement imaginé.
Néanmoins, de nombreuses investigations révèlent que le
niveau d’excitabilité de la voie réflexe demeure inchangé
en imagerie motrice et suggèrent ainsi que l’augmenta-
tion des PME puisse avoir une origine corticale plutôt que
spinale, liée à une augmentation de l’excitabilité du cor-
tex moteur [22, 24, 27].
Activités physiologiques périphériques
(fig. 2)
Normalement indépendant du contrôle volontaire, le sys-
tème nerveux autonome est également mis en œuvre dans
des tâches de simulation mentale de mouvement. De la
même manière que lors de l’exercice physique réel, une
élévation significative du rythme cardiaque et de la venti-
lation respiratoire quelques secondes après le début de
l’exercice mentalement simulé a été reportée dans plu-
sieurs études. De plus, l’augmentation de l’activité végé-
tative est significativement corrélée à l’intensité de l’effort
physique imaginé, et a été reportée pour différentes
tâches d’imagerie motrice [28, 29, 30].
Afin d’attribuer cette modulation de l’activité autonome à
des facteurs centraux liés à la programmation motrice,
l’activité musculaire a été évaluée lors d’efforts imaginés.
Ainsi, Decety et coll. [30] n’ont montré aucune variation du
métabolisme musculaire pendant l’exercice physique ima-
giné (phosphocréatine intramusculaire - PCr).
Figure 2 ▲
Exemple de modification de l’activité du système nerveux ▲
autonome durant un exercice physique imaginé ▲
10 sujets devaient exécuter ou simuler mentalement ▲
un exercice physique (pédalage avec le pied droit ▲
contre une résistance de 15 kg à une fréquence de 1 Hz) ▲
17,5 s séparent chaque point sur la courbe ▲
Les évolutions des fréquences respiratoires au cours ▲
des exercices réels et imaginés sont représentées. Celles-ci ▲
sont quasiment identiques dans les deux conditions ▲
Adapté de Decety et coll., 1993 ▲

32
n° 475
mars 2007
KS
Gandevia et coll. [25] ont également montré une augmenta-
tion de l’activité cardio-vasculaire chez des sujets paralysés
lorsque ceux-ci imaginaient ou essayaient de contracter leurs
muscles ; la paralysie étant complète les changements végé-
tatifs observés ne peuvent être attribués à aucune activité
musculaire résiduelle. La participation des effecteurs végéta-
tifs lors de tâches d’imagerie motrice est une preuve de la par-
ticipation des structures centrales de la programmation
motrice. Cet effet pourrait être un mécanisme permettant
d’anticiper la demande énergétique en réduisant ainsi le délai
nécessaire pour activer le système cardio-respiratoire [31].
Chronométrie mentale
(fig. 3)
La similarité des mécanismes neurophysiologiques entre
action réelle et action simulée ne garantit pas que le
contenu d’une image motrice soit strictement identique à
sa contrepartie réellement exécutée. Des expérimenta-
tions psychophysiques utilisant le paradigme de la chro-
nométrie mentale permettent alors de montrer que l’image
motrice, en plus d’engager des circuits neuronaux sembla-
bles à ceux de la programmation et du contrôle moteur, est
soumise aux mêmes contraintes et lois que l’action réelle.
La durée du mouvement imaginaire est par exemple stricte-
ment corrélée à celle du mouvement réel [5, 32, 33, 34, 35].
Des études comportementales ont également montré que les
lois motrices et les contraintes biomécaniques s’appliquent
aux mouvements imaginés. Par exemple, le conflit vitesse-
précision (exprimé par la loi de Fitts [36]) s’applique de
manière spectaculaire à différentes tâches d’imagerie motrice
[37, 38]. Plus le mouvement à imaginer est difficile, et plus sa
durée est importante (de la même manière que le mouvement
réel), la simulation mentale intègre ainsi les caractéristiques
spatio-temporelles de la performance motrice.
L’idée d’une prise en compte des caractéristiques phy-
siques de la tâche lors du processus d’imagerie est aussi
appuyée par des expériences où les contraintes méca-
niques de la tâche motrice ont été manipulées. Notre
équipe a ainsi montré que lorsqu’on modifie la masse ou
l’inertie d’un membre du corps impliqué en imagerie
motrice, les sujets parviennent parfaitement à prédire la
durée du mouvement. L’isochronie entre mouvement réel
et simulé est ainsi toujours conservée [6, 34].
D’autre part, la dépendance de l’imagerie motrice à l’ef-
fecteur engagé dans la tâche a également été confirmée
grâce à des paradigmes psychophysiques. Maruff et coll.
[38] montrent alors que l’asymétrie temporelle observée
lors d’une tâche motrice entre la main dominante et non
dominante est également présente lors de la même per-
formance réalisée mentalement.
De la même manière, Sirigu et coll. [39] montrent que les
déficiences motrices affectant un membre (à la suite
d’une lésion du cortex moteur) se retrouvent à l’identique
lors de l’imagerie motrice. La durée du mouvement imagi-
naire impliquant le membre lésé est identique à la durée
du mouvement réel effectué par ce même membre. Ainsi,
“de la nature sélective et unilatérale de la lésion, on peut
conclure que l’imagerie motrice n’est pas une entité
généraliste, résumé d’une fonction cognitive, mais
qu’elle s’adresse spécifiquement aux représentations
motrices correspondant aux effecteurs choisis” [39].
IMAGE MOTRICE
ET THÉORIE DE LA SIMULATION
Les résultats expérimentaux mettant en avant des simili-
tudes fonctionnelles entre l’action et sa représentation
mentale consciente (ici l’imagerie motrice) sont à l’origine
LA SIMULATION MENTALE DU MOUVEMENT :
DONNÉES EXPÉRIMENTALES ET IMPLICATIONS CLINIQUES
▲Figure 3
Au niveau comportemental, une des caractéristiques de l’acte moteur mentalement
simulé est qu’il respecte presque parfaitement la durée de l’action réelle,
quelles que soient les contraintes du mouvement à imaginer. Le cerveau intégrerait
ainsi l’ensemble des contraintes corporelles et environnementales lorsque nous
imaginons un mouvement
Les durées moyennes (10 sujets) de mouvements de pointage du bras en réel et en
imaginaire sont représentées ici. On notera que l’isochronie entre mouvement réel
et imaginé est respectée dans différentes conditions de direction et de masse
(appliquées sur le bras pendant l’expérience)
Adapté de Papaxanthis et coll., 2002 ▲
Masse additionnelle
Durées (s)
Mouvements verticaux Mouvements horizontaux

33
n° 475
mars 2007
KS
de la théorie de la simulation. Cette synthèse concep-
tuelle proposée par Jeannerod [31] stipule que l’action
imaginée est en fait une action, à la seule différence
qu’elle n’est pas exécutée.
Tout acte moteur implique des étapes observables (cor-
respondant à l’exécution proprement dite), mais égale-
ment des étapes simulées qui incluent le but de l’action,
les moyens de l’accomplir et les conséquences de celle-ci
sur l’organisme et sur le monde. Dans cette perspective,
l’imagerie motrice est une forme d’action simulée au
même titre que d’autres processus cognitifs liés à la
motricité, qu’ils soient conscients ou non.
Ainsi, l’observation d’une action, le jugement prospectif
d’une action (sa faisabilité) ou l’action intentée mettent
également en jeu un processus de simulation motrice
impliquant les centres nerveux du contrôle moteur.
L’imagerie motrice serait alors une réplique interne, en
terme neuronal, du mouvement réel.
La théorie prédit un important chevauchement des méca-
nismes neuronaux entre ces différents mécanismes de
simulations motrices ; il existerait de cette manière une
continuité, une imbrication étroite entre l’action réelle et
l’action mentalement représentée. Les données psychophy-
siques et neurophysiologiques de la perception du mouve-
ment et de l’imagerie motrice arguent en faveur de cette
théorie. À travers ce champ théorique, il apparaît logique
que nous puissions apprendre par imagerie motrice
puisque les mêmes structures neurophysiologiques sont
impliquées lors de l’exécution et lors de l’imagerie motrice.
En élargissant ce principe à d’autres activités cognitives,
cette facilitation du système moteur durant la simulation
pourrait également expliquer pourquoi nous sommes
capables d’apprendre par l’observation du mouvement
[40] et par l’imitation [41].
IMPLICATIONS CLINIQUES
DE L’IMAGERIE MOTRICE
Apprentissage moteur
(fig. 4)
L’idée que la performance motrice puisse être améliorée
par l’entraînement mental n’est pas nouvelle. Grâce à des
index de précision spatiale et de temps d’exécution, la lit-
térature en psychologie du sport a ainsi montré que la
pratique mentale pouvait améliorer la performance
motrice (lancers-francs au basket par exemple). Ces inves-
tigations montrent généralement que les progrès, bien
qu’inférieurs à ceux induits par la pratique physique, sont
supérieurs à ceux des groupes contrôles qui ne pratiquent
pas [42, 43].
Néanmoins, ces études proposent généralement une pra-
tique mentale plutôt que de la pure imagerie motrice.
Faisant référence à l’imagerie motrice mais aussi à d’au-
tres formes d’imagerie mentale, ces résultats sont diffici-
lement imputables au strict processus d’imagerie motrice.
Les études citées ci-dessous utilisent toutes l’imagerie
motrice dans leur protocole.
Figure 4 ▲
Effet d’un entraînement en imagerie motrice de 8 semaines ▲
(15 mn par jour, 5 fois par semaine) sur la force musculaire ▲
A- Évolution de la force développée par l’abducteur du petit ▲
doigt avant, pendant et après un entraînement mental
(ABD = abducteur du petit doigt). Gain maximal de 40 %
4 semaines après la fin de l’entraînement sur un groupe
de 8 sujets (ELB = fléchisseurs du bras)
B- Évolution de la force développée par les fléchisseurs du
bras sur un groupe de 8 sujets. Gain maximal de 13,5 %
à la fin de l’entraînement. Les groupes contrôles (CTRL)
n’ont aucune variation significative de leur force
B0-4 = semaines pré-entraînement
D2-12 = entraînement
A2-12 ou 18 = postentraînement ▲
Adapté de Ranganathan et coll., 1993 ▲
Temps (semaines)
% de la force musculaire pré-entraînement