Mouvement volontaire et plasticité cérébrale

R. Kacem L
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Terminale S - SVT : Corps Humaine et Sant´ e2015/2016
Neurone et Fibre Musculaire : La Communication Nerveuse
Chapitre 2 - Mouvement volontaire et plasticit´e c´er´ebrale
Chez l’homme, l’enc´ephale, d´efini comme le contenu de la boˆıte cranienne, se compose, de l’avant
vers l’arri`ere, des h´emisph`eres c´er´ebraux, du cervelet, et du tronc c´er´ebral (dont le bulbe rachidien
constitue la partie post´erieur).
La partie superficielle des h´emisph`eres c´er´ebraux, constitu´ee de substance grise,forme l’´ecorce
c´er´ebrale ou cortex dont les fonctions sont multiples : commande des mouvements volontaires,
r´eceptions des informations sensorielles, m´emoire...
1 La commande du mouvement volontaire
1.1 Le cortex moteur
La contraction d’un muscle peut se r´ealiser suite `a son ´etirement dans le cas du r´eflexe
myotatique mais il peut ´egalement s’agir d’une contraction volontaire contrˆol´ee par le cerveau.
Lorsque la moelle ´epini`ere est l´es´ee, la commande volontaire des muscles ne se fait plus. Les messages
qui partent du cerveau cheminent par des faisceaux de neurones qui descendent dans la moelle et
´etablissent des connexions avec les corps cellulaires des motoneurones qu’ils stimulent.
L’exploration du cortex c´er´ebral a permis de mettre en ´evidence des zones du cerveau
sp´ecialis´ees dans le contrˆole volontaire des mouvements appel´ee cortex moteur. La localisation du
cortex moteur est identique pour tous les individus. Chaque r´egion du corps est contrˆol´ee par une
zone particuli`ere du cortex ou aire motrice dont la surface d´epend de la sensibilit´e motrice de la
r´egion. La disposition globale des zones de contrˆole dans le cortex moteur est la mˆeme
pour tous les individus.
Les exp´eriences de Penfield : au cours d’op´eration du cerveau , Penfield a stimul´e localement
diff´erentes zones du cortex moteur ; il a pu d´eterminer les r´egions commandant les diff´erents muscles
et cartographier le cortex moteur. Il d´ecouvre que les stimulations d´eclenchent des contractions
musculaires tr`es localis´ees du cˆot´e controlat´eral du corps et qu’il existe une repr´esentation somato-
topique des r´egions du corps correspondantes sur le cortex moteur primaire.
L’imagerie m´edicale r´ecente (IRMf) permet de localiser pr´ecis´ement les zones impliqu´ees
dans la commande motrice. Il apparait que des territoires du cortex sont syst´ematiquement associ´es
`a l’ex´ecution d’un mouvement volontaire et sont les mˆemes pour tous les individus.
Les aires c´er´ebrales sp´ecialis´ees : l’aire motrice primaire : commande directement les mouve-
ments. Chaque partie du corps est associ´ee `a un territoire d´efini du cortex (la surface est associ´ee `a
la complexit´e des mouvements effectu´es).
L’aire pr´emotrice : Elle contribue `a guider les mouvements en int´egrant les informations
sensorielles et s’occupe des muscles qui sont les plus proches de l’axe du corps.
L’aire motrice suppl´ementaire, est impliqu´ee dans la planification de mouvements complexes
et dans la coordination de mouvements impliquant les deux mains. La d´eg´en´erescence de certains
territoires du cerveau montre que des r´egions plus profondes sont aussi impliqu´ees dans la commande
des mouvements volontaires.
Exemple : la maladie de Parkinson
1.2 Les voies motrices : du cortex aux muscles
1.2.1 Des accidents r´ev´elateurs
La moelle ´epini`ere fait la largeur d’un doigt et est tr`es fragile. Elle repose dans un canal
rempli de liquide dans la colonne vert´ebrale. Les l´esions de la moelle ´epini`ere dites m´edullaires
impliquent des dommages sur la moelle ´epini`ere elle-mˆeme, parfois associ´ees `a des atteintes des
racines nerveuses de la section inf´erieure de la moelle ´epini`ere. Chaque ann´ee, au moins 7 500
europ´eens souffrent de ce type de l´esions m´edullaires tellement graves qu’elles entraˆınent des
complications irr´eversibles.
Une l´esion haute de la moelle ´epini`ere (voir image d’IRM `a droite) entraˆıne une paralysie totale
au dessous de la l´esion ainsi qu’une perte de sensibilit´e de la mˆeme r´egion. Par contre, le r´eflexe
myotatique est conserv´e.
Lorsque la l´esion est basse, la motricit´e la sensibilit´e mais aussi le r´eflexe myotatique sont perdus.
Les axones des neurones du cortex moteur sont en connexion avec les motoneurones de la moelle
´epini`ere.
1.2.2 La voie pyramidale
De notre cerveau `a nos muscles, il n’y a que deux neurones qui se relaient pour passer la
commande d’un geste volontaire : les neurones pyramidaux, dont les axones se regroupent pour
former diff´erents faisceaux qui descendent dans la moelle ´epini`ere jusqu’aux motoneurones ; et ces
mˆemes motoneurones, dont les axones sortent de la moelle ´epini`ere pour former les nerfs moteurs
qui vont exciter nos muscles et produire le mouvement.
Au niveau du bulbe rachidien, les axones issus des h´emisph`eres gauche et droit se croisent puis ils
descendent le long de la moelle ´epini`ere. Celle-ci est prot´eg´ee par les vert`ebres et les m´eninges qui
sont trois membranes superpos´ees
1.2.3 Le rˆole int´egrateur du motoneurone
Le corps cellulaire d’un motoneurone re¸coit des contacts synaptiques de diff´erents neurones.
Le corps cellulaire du motoneurone re¸coit notamment des informations de neurones sensitifs issus
du fuseau neuromusculaire, des neurones provenant du cerveau mais ´egalement d’interneurones
connect´es `a un neurone sensitif du muscle antagoniste.
Chacun de ses contacts peut lui transmettre des informations cependant un message moteur unique
part du corps cellulaire de ce motoneurone vers les cellules musculaires qu’il contrˆole.
L’´etude du r´eflexe myotatique permet de montrer que l’amplitude de la r´eponse musculaire
varie en fonction des conditions dans lesquels le sujet est plac´e.
La r´eponse du muscle au stimulus (choc sur le tendon) est une contraction ; mais elle d´epend
aussi d’autres informations re¸cues en mˆeme temps : la contraction effectu´ee est une int´egration de
l’ensemble de ces informations.
Il existe des neurotransmetteurs excitateurs et des neurotransmetteurs inhibiteurs. Cepen-
dant, un neurone n’´emet qu’une seule mol´ecule donc un neurone ne peut pas ˆetre `a la fois excitateur
et inhibiteur.
Dans une synapse excitatrice (not´ee +), le neurotransmetteur provoque une d´epolarisation du
neurone postsynaptique et peut, si le seuil est atteint, g´en´erer un potentiel d’action.
Dans une synapse inhibitrice (not´ee -), le neurotransmetteur provoque une hyperpolarisation qui se
manifeste par une absence de g´en´eration de potentiel d’action.
Dans un centre nerveux int´egrateur, moelle ´epini`ere et cerveau, un neurone peut recevoir des
informations provenant de plusieurs autres neurones par des milliers de terminaisons axoniques
qui sont en contact synaptiques avec ses dendrites ou son corps cellulaire.
Ces diff´erentes synapses sont soit excitatrices, soit inhibitrices. ´ A tout instant, le neurone postsynap-
tique est soumis `a l’influence de synapses excitatrices et `a celle de synapses inhibitrices.
Le corps cellulaire de ce neurone doit donc int´egrer ces informations contradictoires, c’est-`a-
dire en faire la ”somme alg´ebrique”. A partir de toutes les informations re¸cues, le motoneurone
´elabore un message moteur unique : c’est l’int´egration.
Chaque motoneurone peut ˆetre connect´e `a plusieurs fibres musculaires qu’il contrˆole simultan´ement
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mais chaque fibre musculaire n’est contrˆol´ee que par un seul motoneurone.
Un message moteur unique, constitu´e d’une fr´equence plus ou moins importante
de potentiels d’action, est cr´e´e `a chaque instant au niveau du corps cellulaire de chaque
motoneurone. Ce message est ensuite v´ehicul´e vers les cellules musculaires contrˆol´ees. L’intensit´e
de la contraction est modul´ee par la fr´equence des potentiels d’action qui constituent le message
moteur.
2 Motricit´e et plasticit´e c´er´ebrale
2.1 Des variations d’organisation en relation avec le mode de vie
L’organisation du cortex est la mˆeme pour tous les individus : c’est une caract´eristique
propre `a l’esp`ece. Mais la comparaison de cartes motrices de plusieurs individus montre l’existence
de variations (diff´erences interindividuelles).
Ces diff´erences sont acquises lors du d´eveloppement de l’individu en relation avec son mode de vie.
L’acquisition d’une nouvelle performance motrice et l’entraˆınement, provoque des diff´erences dans le
cortex moteur. Les zones fortement sollicit´ees sont souvent plus d´evelopp´ees.
Ces diff´erences s’expliquent par la plasticit´e du cortex c´er´ebral : il a la capacit´e `a se modifier en
r´eponse `a une stimulation environnementale.
L’apprentissage, l’entraˆınement permet l’´elaboration d’un ph´enotype sp´ecifique du cortex moteur
propre `a chaque individu. Les zones motrices les plus sollicit´ees sont en relation avec une zone
corticale plus ´etendue.
Ces diff´erences sont `a mettre en relation avec une capacit´e fondamentale du cortex : la plas-
ticit´e i.e sa capacit´e `a se modifier en r´eponse `a une stimulation environnementale.
Chaque individu, lors de son d´eveloppement, poss`ede une histoire qui lui est propre. Il peut pratiquer
diff´erents sports, r´ealiser diff´erents apprentissages. Les zones motrices les plus sollicit´ees sont en
relation avec une zone corticale souvent plus ´etendue. C’est cette histoire en relation avec la plasticit´e
c´er´ebrale qui permet l’´elaboration d’un ph´enotype sp´ecifique du cortex moteur propre `a
chaque individu.
2.2 La plasticit´e c´er´ebrale lors de certains accidents
Le cerveau poss`ede des capacit´es de remaniement, mˆeme `a l’ˆage adulte. Lors de certains
accidents o`u le cortex c´er´ebral est endommag´e, la plasticit´e permet d’expliquer la r´ecup´eration de
diff´erentes fonctions : les r´egions corticales endommag´ees r´ecup`erent plus ou moins leur fonction et
de nouvelles r´egions sont recrut´ees pour r´ealiser les mouvements que l’AVC a affect´es.
Dans l’exemple, le cortex moteur droit est aussi activ´e lorsque le patient effectue des mouvements
de la main droite. Le cerveau est capable de produire de nouveaux neurones.
La plasticit´e permet donc de comprendre que l’organisation du cortex n’est pas fig´ee lors du
d´eveloppement de l’individu mais peut ´egalement se modifier `a l’ˆage adulte. Le rˆole de cette
plasticit´e est fondamental dans la r´ecup´eration apr`es des l´esions corticales et permet souvent
d’envisager la r´ecup´eration de capacit´es nerveuses perdues apr`es un accident.
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2.3 Pr´eserver son capital nerveux
L’apprentissage d’une nouvelle langue est possible tout au long de la vie mais l’aisance rela-
tive d’expression dans la nouvelle langue est d’autant plus faible que l’apprentissage se fait tard dans
la vie. D’une mani`ere g´en´erale, la plasticit´e du cortex existe tout au long de la vie de l’individu,
mais les capacit´es de remaniement se r´eduisent avec l’ˆage.
On a ´evalu´e le nombre de neurones corticaux d’individus d’ˆages diff´erents et on a ainsi pu
montrer que le nombre de cellules nerveuses diminue d’environ 10% au cours de la vie.
Les performances intellectuelles diminuent avec l’ˆage. Par contre, on constate que le vieillissement
c´er´ebral est moins important pour les individus qui pratiquent une activit´e physique r´eguli`ere. Le
vieillissement c´er´ebral qui a lieu au cours de la vie peut donc ˆetre r´eduit grˆace au comportement des
individus. Le capital nerveux peut ainsi ˆetre pr´eserv´e.
De nombreuses ´etudes r´ealis´ees sur un grand nombre d’individus ont ´egalement permis de
montrer l’importance de l’alimentation dans le maintien du capital nerveux. Avoir un
comportement responsable en mati`ere de sant´e permet de maintenir son capital nerveux.
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