De la volonté au mouvement : l'élaboration et la conduction des messages nerveux - Maxicours

De la volonté au mouvement : l'élaboration et la conduction des messages nerveux

Objectif(s)
  • Situer et interpréter l’activation de zones cérébrales impliquées dans le mouvement.
  • Connaître le circuit nerveux mis en jeu lors d’un mouvement volontaire.
Points clés
  • Le fonctionnement du cerveau peut être appréhendé à l'aide de techniques d'exploration de plus en plus élaborées.
  • Cet organe, constitué de deux hémisphères cérébraux, est formé de substance blanche recouverte de substance grise qui constitue le cortex. 
  • Le cortex moteur, localisé dans le lobe frontal, est impliqué dans les mouvements volontaires.
  • Il existe des aires motrices d’où partent des neurones qui stimulent les motoneurones de la moelle épinière.
  • Cette voie nerveuse est directe et monosynaptique.
Un peu d’histoire
Pendant l’Antiquité, les savants affirmaient que l’activité mentale avait lieu dans le cœur.
La preuve ? L’accélération du cœur pendant une émotion. Ce fut Galien, qui deux siècles après J-C, établit de manière expérimentale que c’était le cerveau qui était impliqué.
Il fallu attendre le 20e siècle et la mise au point de techniques expérimentales de plus en plus puissantes (rayon X, scanner, IRM, électrodes…) pour enfin tenter de mieux comprendre les processus mis en jeu lors des processus mentaux, et notamment les mouvements volontaires.
1. Les aires motrices, siège de l'élaboration des mouvements volontaires

Lorsqu’un mouvement est volontaire, la commande des muscles impliquée dans la gestuelle est élaborée dans le cerveau. Puis le message nerveux circule le long de voies nerveuses pour parvenir jusqu’aux fibres musculaires.

a. Les techniques d'exploration
  • L’étude de cas cliniques fut l'une des premières méthodes d’investigation dans l’étude de l’organisation du cerveau. Elle est d’ailleurs toujours utilisée. Des patients ayant subi des lésions cérébrales ou des ablations suite à une tumeur au cerveau, ont montré des troubles moteurs. Il a alors suffit d’établir le lien entre la région touchée et l’anomalie observée.
  • Des expériences peuvent également être mises en place. Il s’agit de stimuler à l’aide d’électrodes certaines régions cérébrales. Il est bien évident que ces manipulations restent limitées, compte tenu du risque encouru par les volontaires.
  • L’imagerie cérébrale constitue alors un progrès considérable dans ce domaine de recherche. Même si la précision est encore contestable, on peut enfin visualiser des zones où l’activité cérébrale augmente lors d’une tâche simple.
b. L'anatomie du cerveau

Afin de pouvoir appréhender les images obtenues à l’aide de ces techniques, il est avant tout nécessaire de connaître la structure anatomique du cerveau ou encéphale.


Il est constitué par deux hémisphères cérébraux (reliés entre eux par le corps calleux et le trigone). D’une manière générale, l’hémisphère droit commande le côté gauche du corps et inversement.

Le cerveau est placé au-dessus d’une autre structure : le cervelet, dont on sait qu’il intervient dans le maintien de l’équilibre et dans la précision des mouvements.

Le cerveau est découpé en lobes externes séparés par des sillons : les lobes frontaux, les lobes pariétaux, les lobes temporaux et les lobes occipitaux. 

Chaque lobe a une fonction :

  • Les lobes frontaux : langage, raisonnement, mémoire, mouvements volontaires....
  • Les lobes pariétaux : lecture, repérage dans l’espace et sensibilité.
  • Les lobes occipitaux : vision Les lobes temporaux : langage, mémoire et émotions.

La surface des deux hémisphères est recouverte par de la substance grise qui constitue ce qu’on appelle le cortex ou l'écorce cérébrale. Cette substance grise est formée des corps cellulaires des neurones.

On estime que le nombre de corps cellulaires est de plusieurs dizaines de milliers au mm2 ! De plus, la surface du cerveau n’est pas lisse. Elle comporte de nombreux replis appelés circonvolutions : sa surface est donc très étendue : on l’estime à plus de 2 000 cm2 une fois dépliée. Le cortex est donc un réseau de neurones phénoménal et très complexe.

Le reste du cerveau est formée essentiellement de substance blanche qui correspond aux axones des neurones et de cellules gliales. Les cellules gliales sont des cellules de soutien des neurones indispensables à leur survie (elles apportent par exemple les nutriments et le dioxygène indispensables aux neurones). Il y aurait approximativement autant de neurones que de cellules gliales dans notre système nerveux, soit environ 100 milliards.

c. Les aires motrices

Un accident vasculaire cérébral (AVC) peut entraîner une hémiplégie, c'est-à-dire une paralysie d’un seul côté du corps, de manière plus ou moins étendue selon la gravité de la lésion.

On constate chez ces malades, à l’aide par exemple d’une IRM, que la zone du cerveau touchée est notamment située dans le cortex du lobe frontal. De plus, cette dernière se situe à l’opposé de la partie du corps immobilisée, on parle alors de paralysie controlatérale.

L’implication du cortex frontal dans la motricité volontaire a d’ailleurs été démontrée en utilisant la méthode des stimulations électriques locales. Une décharge électrique appliquée à l’aide d’une micro-électrode provoque un mouvement si cette dernière a lieu dans le cortex du lobe frontal. Et de la même façon, le geste se produit du côté opposé à l’hémisphère sollicité.

Le cortex moteur qui commande les mouvements volontaires est situé à l’arrière des lobes frontaux.



Une investigation expérimentale à l’aide d’une technique d’imagerie cérébrale peut également être menée. Une des limites de cette approche est la complexité des tâches que l’on va demander au sujet. En effet, si la gestuelle est trop complexe, de nombreuses zones vont être sollicitées et l’ensemble du cerveau sera activé. Il faut donc un mouvement très simple, par exemple cligner des yeux ou toucher avec le pouce les autres doigts de la main. Il faudra également que la personne essaye de limiter au maximum les processus mentaux…Elle devra ainsi faire le vide dans sa tête.



Localisation des variations de l’activité cérébrale lors de mouvements simples.


L’imagerie par résonance magnétique fonctionnelle (IRMf) est une application de l'imagerie par résonance magnétique. Elle permet l'étude du fonctionnement du cerveau. Elle consiste à enregistrer des variations du flux sanguin lors de l’activité cérébrale.
En effet, lorsqu’une région du cerveau est activée, elle a besoin davantage de dioxygène et de nutriments transportés par le sang pour fonctionner. L’appareil détectera ces variations et un traitement par ordinateur permet de visualiser ces modifications en utilisant des palettes de couleurs.

On voit que l’exécution des mouvements volontaires met bien en jeu la partie arrière du lobe frontal qu’on appelle cortex moteur. celui-ci renferme des aires motrices qui élaborent les messages nerveux pour réaliser un mouvement volontaire.

Chacun des hémisphères cérébraux possède une telle zone, et chacune d'elle est en relation avec les muscles de la moitié opposée du corps.

2. Le trajet de l'information nerveuse au cours d'un mouvement volontaire

Les fibres nerveuses qui partent des aires motrices du cortex envoient des messages nerveux qui vont entraîner la contraction des muscles des différentes parties de notre corps.
L’organisation de ces neurones est la même au niveau des deux hémisphères et d’ailleurs chez tous les individus. Elles ont d’ailleurs fait l’objet d’une cartographie.


Cartographie de l’aire motrice.


On utilise souvent comme représentation une carte motrice sous forme d’un petit bonhomme « Homonculus » où chaque partie du corps est représentée proportionnellement à la surface corticale associée à cette partie.

Les neurones dont les corps cellulaires se trouvent dans les aires motrices du cortex moteur possèdent chacun un axone très long dont une partie se trouve dans la moelle épinière.

On observe un croisement des axones dans le bulbe rachidien : c’est pourquoi les informations issues de l’hémisphère gauche contrôlent les muscles situés à la droite du corps et inversement. Ces axones descendent dans la moelle épinière et constituent le faisceau pyramidal.

Ces axones véhiculent les messages nerveux jusqu’aux corps cellulaires des motoneurones se trouvant dans la substance grise de la moelle épinière.
Ensuite, le message nerveux transporté par le motoneurone parvient jusqu’au muscle. Au niveau de la jonction neuromusculaire, la stimulation entraîne la contraction de fibres musculaires impliquées dans le mouvement volontaire.
On remarquera que cette voie est directe et monosynaptique.

Aller plus loin : d'autres aires motrices

Il existe deux autres aires motrices impliquées dans les mouvements :
• L’aire motrice supplémentaire qui planifie le mouvement.
• L’aire pré-motrice qui programme le mouvement.

Par exemple, lors d’une tâche simple comme fléchir le doigt seul l’aire motrice primaire va être innervée. Si l'on prend une tâche plus complexe comme toucher avec chaque doigt à tour de rôle le pouce, on va constater que les 3 aires motrices sont activées.
Ce qu’il y a d’étonnant, c’est que lors d’une représentation mentale d’un mouvement (on imagine le geste sans le faire), on constatera que seule l’aire supplémentaire et l’aire pré-motrice sont activées.
L’aire motrice primaire ne l’est pas car il n’y a pas d’exécution du mouvement.

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