Fiche de révision : Contrôle moteur et équilibre postural

📋 Plan du Cours

1. Boucle perception-action
2. Contrôle proactif et modèles internes
3. Contrôle postural : définitions et composantes
4. Contrôle postural statique et sens
5. Stratégies d'équilibre et synergies
6. Ajustements posturaux anticipatoires
7. Préhension et types de prises
8. Contrôle proactif de la saisie
9. Force de préhension et force de charge
10. Modèle interne de la gravité
11. Afférences somesthésiques et cervelet
12. Vieillissement et préhension

📖 1. Boucle perception-action

🔑 Notions clés & Définitions

• Boucle perception-action : La boucle perception-action décrit comment le SNC transforme des signaux chimiques ou physiques en une commande motrice adaptée via sensing, perception, planification, puis exécution.
• Contrôle proactif : Le contrôle proactif en boucle ouverte exécute le mouvement à partir de la planification sans correction en cours de trajectoire par le retour sensoriel.
• Contrôle rétroactif : Le contrôle rétroactif en boucle fermée corrige le mouvement grâce aux informations sensorielles fournissant un retour pendant l’exécution.
• Modèle interne : Un modèle interne est une représentation neurale des dynamiques du corps et de l’environnement utilisée pour prédire et anticiper les effets de l’action.
• Redondance motrice : La redondance motrice correspond au fait qu’un même objectif moteur peut être atteint avec de multiples configurations articulaires et séquences d’activation musculaire.

📝 Points essentiels

• Le SNC transforme un message physique ou chimique en message électrique via sensing, perception, interprétation, conceptualisation, puis planification avant l’activation et l’exécution.
• La perception combine plusieurs entrées sensorielles pour construire une représentation précise du corps et de son environnement.
• La planification est nécessaire car une même action admet une infinité de configurations et de séquences musculaires possibles.
• Le contrôle proactif précède le mouvement car la correction par feedback n’est pas encore disponible.
• Le contrôle rétroactif utilise un signal retour fourni par la perception pour corriger le mouvement si besoin.
• Les modèles internes servent à prédire les conséquences dynamiques, par exemple la chute d’une balle via un modèle interne de la gravité.

💡 Astuce mémo

Sensing → Perception → Concept → Plan → Activation → Exécution (proactif avant feedback, rétroactif avec feedback).

📖 2. Contrôle proactif et modèles internes

🔑 Notions clés & Définitions

• Modèle interne inverse : Le modèle interne inverse est un type de modèle interne utilisé pour déterminer l’action à produire afin d’atteindre une évolution prédite du mouvement.

📝 Points essentiels

• Le contrôle proactif est associé à la phase avant le mouvement, car il n’attend pas le feedback sensoriel pour exécuter la commande.
• Le contrôle rétroactif reçoit un signal de retour via la perception et peut corriger le mouvement en cours d’exécution si besoin.
• Le contrôle proactif et le contrôle rétroactif agissent en synergie, avec une mise en route proactif puisque le feedback n’est pas encore disponible.
• Le cerveau utilise des modèles internes pour anticiper les conséquences, par exemple pour prédire la chute d’une balle avec un modèle de la gravité.

💡 Astuce mémo

Proactif = avant, boucle ouverte ; Rétroactif = pendant, boucle fermée (feedback de la perception).

📖 3. Contrôle postural : définitions et composantes

🔑 Notions clés & Définitions

• Contrôle postural statique : Le contrôle postural statique correspond à la capacité à maintenir le centre de masse (CoM) par rapport à la base de sustentation dans des conditions relativement prévisibles et stables.
• Contrôle postural réactif : Le contrôle postural réactif est la capacité à restaurer une position stable après une perturbation inattendue.
• Contrôle postural proactif anticipatoire : Le contrôle postural proactif anticipatoire permet d’activer à l’avance les muscles du tronc et des jambes pour stabiliser l’équilibre avant un mouvement volontaire potentiellement déstabilisant.
• Tonus postural : Le tonus postural désigne l’activité des muscles antigravitaires destinée à compenser l’effet de la gravité et à éviter l’affaissement.

📝 Points essentiels

• Le contrôle postural vise à maintenir le CoM à l’intérieur de la base de sustentation.
• Le contrôle postural statique dépend notamment de l’alignement corporel par rapport au vecteur gravitaire et du tonus musculaire.
• Le tonus musculaire de base regroupe la raideur intrinsèque du muscle et des contributions neurales qui augmentent la résistance à l’étirement.
• Même en situation dite statique, on observe des micro-oscillations posturales constantes, et elles augmentent quand l’information sensorielle disponible est moins précise.

💡 Astuce mémo

Statique = Stable, Réactif = Réparer après, Proactif = Préparer avant (3 modes du contrôle postural).

📖 4. Contrôle postural statique et sens

🔑 Notions clés & Définitions

• Déséquilibre vers l’arrière : Un déséquilibre où le corps tend à partir en recul, nécessitant une activation musculaire pour restaurer la stabilité.
• Stratégies de cheville : Des stratégies d’équilibre qui utilisent surtout l’action de muscles autour de la cheville pour corriger rapidement un petit déséquilibre.
• Stratégies de hanche : Des stratégies d’équilibre qui rétablissent le centre de masse par un mouvement plus marqué au niveau de la hanche.
• Synergie musculaire : Un couplage fonctionnel de groupes musculaires qui s’activent ensemble comme une unité pour faciliter le contrôle.

📝 Points essentiels

• Un déséquilibre vers l’arrière déclenche l’activation du triceps sural puis des quadriceps et des abdominaux pour des petites perturbations.
• Les stratégies de hanche visent à restaurer la stabilité du centre de masse grâce à un mouvement important au niveau de la hanche.
• En cas de déséquilibre vers l’arrière lié à de grandes perturbations, une surface instable ou étroite, l’activation des paravertébraux et des ischio-jambiers devient plus déterminante.
• Les stratégies de cheville et de hanche ne forment pas deux blocs séparés, mais un continuum qui s’affine avec la répétition pour gagner en efficience.

💡 Astuce mémo

Petit recul : TA → quadriceps → abdominaux ; grand recul/sol instable : paravertébraux → ischio-jambiers.

📖 5. Stratégies d'équilibre et synergies

🔑 Notions clés & Définitions

• Ajustements posturaux anticipatoires : Les ajustements posturaux anticipatoires sont des activations posturales déclenchées avant le mouvement pour soutenir la précision du contrôle prédictif.
• Contrôle postural prédictif : Le contrôle postural prédictif regroupe les mécanismes qui anticipent les effets d’un mouvement sur l’équilibre à partir d’informations internes et sensorielles.
• Activation musculaire posturale : L’activation musculaire posturale correspond au moment et à l’intensité des muscles engagés pour préparer l’équilibre avant l’exécution du mouvement.

📝 Points essentiels

• La précision du mouvement dépend du moment et de l’ampleur d’activation des muscles posturaux appropriés avant l’action, mesurés par les ajustements posturaux anticipatoires.
• Chez les personnes âgées, les ajustements posturaux anticipatoires sont présents mais avec un délai plus court avant le mouvement que chez les jeunes, ce qui s’accompagne d’une activité compensatoire plus corrective.
• Les ajustements posturaux anticipatoires sont détériorés dans de nombreuses pathologies neurologiques, notamment AVC, paralysie cérébrale, Parkinson et syndrome de Down.
• Chez des personnes très âgées, un programme de rééducation peut améliorer la capacité de contrôle postural proactif, avec des résultats statistiquement observés mais pas évidents.

💡 Astuce mémo

APAs = préparer l’équilibre avant d’agir : quand le délai se raccourcit (âge), le correctif prend plus de place.

📖 6. Ajustements posturaux anticipatoires

🔑 Notions clés & Définitions

• Couplage GF et LF : Couplage : relation prédictive entre la force de préhension (GF) et la force de charge (LF) qui varie avec les mouvements de la main.
• Modèle interne de la gravité : Modèle interne de la gravité : représentation interne qui sert à anticiper l’accélération gravitationnelle et donc les conséquences dynamiques d’une action.
• Recalibration du modèle interne : Recalibration du modèle interne : mise à jour progressive des prédictions et du couplage GF/LF quand l’environnement gravitaire change.
• Rôle du cervelet : Cervelet : structure impliquée dans le contrôle proactif, notamment pour le bon couplage entre GF et LF.

📝 Points essentiels

• En contrôle proactif, la force de préhension suit de façon prédictive la force de charge dont la variation temporelle suit une forme du type $LF(t)=mg+ma(t)$.
• La précocité de l’activité musculaire augmente avec la hauteur de chute, et en 0G l’anticipation basée sur la gravité terrestre produit une réponse trop précoce.
• En environnement gravitaire altéré, le couplage GF/LF se réajuste avec l’apprentissage, via une recalibration du modèle interne de la gravité et des prédictions.
• Après anesthésie supprimant les retours cutanés, la force de préhension augmente fortement (jusqu’à 3×) car les afférences somesthésiques nécessaires au contrôle prédictif sont absentes.
• Une pathologie cérébelleuse entraîne un couplage GF/LF très réduit, donc des erreurs dans la prédiction des conséquences dynamiques du mouvement.

💡 Astuce mémo

GF suit LF : si le cerveau “prédit” ma(t), la préhension anticipe les variations de charge.

📖 7. Préhension et types de prises

🔑 Notions clés & Définitions

• Désafférentation somesthésique : La désafférentation somesthésique correspond à une perte des informations tactiles et proprioceptives qui guidait normalement la préhension.
• Force de préhension GF : La force de préhension est l’intensité de force appliquée lors de la saisie d’un objet.
• Contrôle prédictif de la GF : Le contrôle prédictif consiste à utiliser un modèle pour anticiper la force de préhension nécessaire avant/après le contact.
• Couplage GF/LF : Le couplage GF/LF décrit la relation entre la force de préhension et la force de charge pour stabiliser la tâche.

📝 Points essentiels

• Les individus désafférentés produisent environ 3 fois la force de préhension par rapport à des sujets sains.
• Avec l’âge, la force de préhension (GF) augmente et sa variabilité augmente, surtout quand les afférences tactiles et la proprioception deviennent moins précises.
• Le contrôle prédictif de la GF est peu affecté par l’âge lorsque l’adaptation ajuste la GF au poids et à la surface de l’objet.
• Le couplage entre GF et LF n’est pas différent chez les personnes âgées et les jeunes, mais les performances se dégradent quand la tâche devient plus complexe.

💡 Astuce mémo

Âge/privation tactile = GF plus grande et plus variable, mais avec prédiction (poids + surface) la GF s’ajuste presque pareil ; tâche complexe = ça chute.

📖 8. Contrôle proactif de la saisie

🔑 Notions clés & Définitions

• After-effect : L’after-effect est une déviation observée après le retrait d’une perturbation, typiquement dans le sens opposé à la déviation provoquée pendant la perturbation.
• Dominance dynamique : La dominance dynamique décrit une spécialisation variable des systèmes moteurs dominant et non dominant selon qu’il s’agit de contrôle prédictif (proactif) ou de correction réactive (rétroactif).

📝 Points essentiels

• Lorsqu’une perturbation comme un champ de force est introduite, la déviation de la trajectoire diminue progressivement au fil des essais, indiquant une mise à jour de la dynamique par le SNC.
• Après le retrait de la perturbation, l’after-effect correspond à une déviation en sens opposé, ce qui soutient l’idée d’un modèle interne inverse.
• Quand le cerveau prédit correctement le champ de force, le bras dominant s’adapte mieux que le bras non dominant pour compenser la perturbation.
• Quand le cerveau ne parvient pas à prédire la perturbation, le bras non dominant montre une meilleure adaptation que le bras dominant.

💡 Astuce mémo

Proactif = “je prédis donc je compense avant”; After-effect = “quand j’arrête la perturbation, mon avance se retourne contre moi”.

📖 9. Force de préhension et force de charge

📖 10. Modèle interne de la gravité

🔑 Notions clés & Définitions

• Smooth-Effort Model : Modèle de contrôle moteur qui prédit le mouvement vertical en supposant une optimisation conjointe du jerk et de l’effort, avec mise à profit de la gravité.
• Asymétries directionnelles : Asymétries d’un mouvement vertical où les phases d’accélération et de vitesse surviennent plus tôt selon que le mouvement est vers le haut ou vers le bas.
• Travail du couple gravitaire : Grandeur motrice dépendant de la force gravitaire et du bras de levier qui conditionne la demande mécanique au niveau articulaire pendant le mouvement.
• Ratio de symétrie : Mesure de la symétrie entre accélération et décélération, qui varie avec le travail du couple gravitaire dans le cadre des prédictions Smooth-Effort.
• Microgravité : Condition d’exposition où l’intensité effective de la gravité est réduite, utilisée pour tester si les asymétries directionnelles proviennent bien de l’optimisation liée à la gravité.

📝 Points essentiels

• Dans le plan vertical, la gravité modifie la forme du profil de vitesse et rend l’accélération/décélération asymétriques, avec des pics atteints plus tôt vers le haut que vers le bas.
• Le Smooth-Effort Model relie l’asymétrie directionnelle au coût composite jerk+énergie et prédit que ces asymétries augmentent quand le travail du couple gravitaire est plus grand.
• L’asymétrie directionnelle croît avec la masse et la longueur du segment, et elle est plus marquée pour des mouvements d’épaule que pour le poignet.
• Quand on réduit localement la gravité (microgravité), les asymétries directionnelles diminuent progressivement et tendent à disparaître, montrant leur rôle comme marqueur de l’optimisation liée à la gravité.
• En hypergravité (exosquelette), les asymétries directionnelles augmentent et la relation entre ratio de symétrie et travail du couple gravitaire suit une courbe sigmoïde.
• Avec une gravité normale, 1g, microgravité et une microgravité compensée par un élastique, le comportement redevient proche de la normo-gravité, indiquant que la force au niveau articulaire guide la planification via l’estimation du SNC.

💡 Astuce mémo

AD (asymétries directionnelles) : micro ↓, hyper ↑, et leur taille suit le travail du couple gravitaire (courbe sigmoïde vs ratio de symétrie).

📖 11. Afférences somesthésiques et cervelet

🔑 Notions clés & Définitions

• Proprioception : Ensemble des informations sensorielles issues du corps qui informent le système nerveux sur la position et l’effort articulaires pendant l’action.
• Signal EMG tonique : Composante musculaire persistante qui sert à compenser la gravité à chaque instant pendant le mouvement.
• Signal EMG phasique : Composante de l’EMG liée aux accélérations, obtenue en soustrayant la partie tonique au signal EMG total.

📝 Points essentiels

• En conflit sensoriel, la proprioception pèse plus lourd que les informations vestibulaires dans la planification quand les conditions modifient le champ gravitaire ou ses effets articulaires.
• Le signal EMG phasique se calcule comme le signal EMG total moins le signal EMG tonique, et des valeurs phasique négatives indiquent que le muscle ne compense pas la gravité mais s’appuie sur elle pour le mouvement.
• L’exposition progressive à un environnement en microgravité entraîne une disparition des asymétries directionnelles, cohérente avec un rôle majeur de l’optimisation liée au couple gravitaire.
• En hypergravité (p. ex. via exosquelette), les asymétries directionnelles augmentent et le ratio de symétrie varie de façon sigmoïde avec le travail du couple gravitaire.
• Dans des mouvements verticaux, les phases où la gravité “porte” le mouvement correspondent à une sollicitation musculaire réduite, avec une signature de détection qui dépend de la phase (décélération vers le haut, accélération vers le bas).
• Chez des personnes avec troubles cognitifs, la fluidité et l’effort sont moins bons, mais la relation avec les asymétries directionnelles reste positive avec l’intégrité (plus c’est préservé, plus les mouvements exploitent la gravité avec des AD marquées).

💡 Astuce mémo

EMG phasique = EMG total − EMG tonique : négatif = je laisse la gravité faire le travail.

📖 12. Vieillissement et préhension

🔑 Notions clés & Définitions

• Vieillissement moteur : En vieillissant, le contrôle du mouvement privilégie la minimisation de l’effort tout en conservant la capacité à maintenir l’équilibre.
• Fluidité du mouvement : Caractéristique qualitative du geste, dégradée chez des personnes présentant des troubles neurocognitifs, notamment dans les tâches liées à la gravité.
• Alzheimer et troubles neurocognitifs : Ensemble de troubles où des difficultés motrices peuvent apparaître avant les atteintes cognitives, ouvrant la voie à des prédicteurs moteurs.

📝 Points essentiels

• Chez les personnes âgées, l’optimisation tend à minimiser l’effort tout en protégeant l’équilibre.
• Dans les troubles neurocognitifs, la fluidité est moins bonne que chez les personnes sans troubles.
• La fluidité n’est pas corrélée au niveau cognitif, alors qu’elle se dégrade dans ces populations.
• Les asymétries directionnelles sont corrélées positivement avec la fluidité : quand elles restent plus intactes, les mouvements paraissent plus fluides.
• L’effort présente aussi une dégradation chez les personnes avec troubles cognitifs, avec des relations modulées par les mesures motrices liées à la gravité.

💡 Astuce mémo

Âge : effort ↓ mais équilibre maintenu ; Alzheimer : AD plus intactes → geste plus fluide.

📅 Repères chronologiques

📊 Tableaux de synthèse

Contrôle proactif vs rétroactif

Stratégies d’équilibre réactif (petites vs grandes perturbations)

⚠️ Pièges & confusions fréquents

1. Confondre boucle perception-action (sensing→perception→concept→plan→activation) et distinction proactif/rétroactif (avant vs boucle fermée avec feedback pendant l’exécution).
2. Croire que le contrôle postural statique est immobile : même “statique”, il existe des micro-oscillations et elles augmentent quand les informations sensorielles sont moins précises.
3. Penser que cheville et hanche sont deux blocs séparés : le cours insiste sur un continuum qui s’affine avec la répétition et l’efficience.
4. Interpréter un couplage GF/LF comme indépendant de la tâche : il doit rester prédictif pour stabiliser la saisie, mais les performances se dégradent quand la tâche devient plus complexe.
5. Inverser la logique EMG phasique/tonique : EMG phasique = EMG total − EMG tonique, et une valeur négative indique que le muscle ne “compense pas” la gravité mais s’appuie dessus.
6. Croire que la précision impose seulement de “bouger plus lentement” via Fitts sans compromis : le cours relie aussi contraintes de précision, cocontraction, variabilité et temps de décélération.
7. Confondre le critère d’optimisation dominant en horizontal et en vertical : en vertical, les asymétries directionnelles (AD) et le Smooth-Effort lient l’optimisation à la gravité (pas juste Minimum-Jerk/Variance/Change de couple).

✅ Checklist Examen

1. Décrire la boucle perception/action : transformation message physique/chimique en message électrique via sensing, perception (intégration), interprétation, conceptualisation, planification (trajectoire + configuration + séquence), activation, exécution.
2. Expliquer la différence entre contrôle proactif (boucle ouverte, pas de feedback sur la trajectoire) et rétroactif (boucle fermée avec correction via le retour sensoriel), et pourquoi ils agissent en synergie.
3. Définir et relier contrôle postural et variables : orientation, stabilité, CoM, BDS, CoP, et préciser que le CoM est la variable contrôlée.
4. Lister les 3 composantes du contrôle postural (statique, réactif/rétroactif, proactif/anticipatoire) et préciser le rôle du tonus postural (muscles antigravitaires) et des micro-oscillations.
5. Rappeler comment le SNC pondère les informations sensorielles selon leur fiabilité (approche type Bayésienne) et le fait qu’un déficit vestibulaire peut être fortement compensé par les autres sens selon les conditions expérimentales.
6. Pour le réactif, distinguer stratégies d’appuis fixe : cheville pour petites perturbations (déséquilibre vers l’arrière : TA → quadriceps → abdominaux) vs hanche pour grandes perturbations/surface instable (paravertébraux → ischio-jambiers), et noter le continuum cheville↔hanche.
7. Mesurer les APAs : donner au moins deux signatures (délai entre activation posturale et muscles focaux, déplacement inverse du CoP avant le début du mouvement) et expliquer leur rôle dans la compensation feedforward.
8. Décrire le contrôle proactif de la saisie : conditions de réussite (prise adaptée + fermeture au bon moment), rôle de GF, LF, couplage GF/LF, et l’idée GF(t) anticipée autour de LF(t)=mg+ma(t).
9. Interpréter les effets de perturbation/retour : réduction progressive de la déviation en essais (adaptation), after-effect après retrait (sens opposé) et ce que cela soutient pour un modèle interne inverse; relier aussi dominance dynamique proactif/rétroactif.
10. Expliquer les mouvements du reach et les invariants : profil de vitesse en cloche horizontal, ratio de symétrie (accélération/décélération), Fitts (durée vs distance/taille), et rôle possible de la cocontraction sous contraintes de précision.
11. Pour le vertical, relier Smooth-Effort aux asymétries directionnelles : AD plus marquées vers le haut/bas selon la phase, disparition progressive en microgravité, augmentation en hypergravité (sigmoïde avec travail du couple gravitaire), et lien avec l’optimisation effort/gravité.
12. Expliquer EMG phasique vs tonique (phasique = total − tonique) et l’interprétation des négativités spécifiques à la phase (utilisation de la gravité plutôt que compensation).
13. Conclure sur vieillissement et pathologies : vieillissement moteur (effort minimisé en protégeant l’équilibre), désafférentation somesthésique (GF ~3×), APAs plus précoces/correctives chez âgés, détérioration d’APAs et fluidité/effort dans AVC/CP/Parkinson/Down, et rôle des AD/activité motrice comme prédicteurs…