Fiche de révision : Neurosciences du mouvement humain

📋 Plan du Cours

1. Définition et émergence des neurosciences
2. Sensation, perception et qualia
3. Canaux sensoriels et vestibulaires
4. Vision et perception haptique
5. Proprioception et récepteurs musculaires
6. Intégration sensorielle et réflexes
7. Cellules de Renshaw et inhibition
8. Organisation mécanique du muscle
9. Relations force longueur vitesse
10. Unité motrice et contraction
11. Électromyographie et mesure
12. Neurone et transmission nerveuse
13. Marche et générateurs spinaux
14. Contrôle moteur et redondance
15. Posture et équilibre

📖 1. Définition et émergence des neurosciences

🔑 Notions clés & Définitions

• Neurosciences : Étude scientifique du système nerveux, de sa structure et de son fonctionnement, de l’échelle moléculaire jusqu’aux organes et à l’organisme entier.

★ À maîtriser

📌 Le système nerveux commande les actions des muscles, lesquelles influencent directement la perception, mais le système nerveux ne commande pas directement la perception.

Compléments

• Les neurosciences émergent aux États-Unis au début des années 1960.

• David Hunter Hubel et Torsten Wiesel enregistrent les potentiels électriques des neurones du cortex visuel du chat en fonction des images présentées à l’animal.

📖 2. Sensation, perception et qualia

🔑 Notions clés & Définitions

• Qualia : Différence entre l’explication objective d’une perception et son ressenti subjectif.

★ À maîtriser

📌 La sensation correspond à la détection et à l’acheminement d’une information sensorielle vers le système nerveux central, tandis que la perception correspond à l’interprétation de cette information par le système nerveux central.

• La couleur n’existe pas comme propriété directement perçue du monde, car elle apparaît lorsque le cerveau interprète un signal lumineux transformé en activité électrique corticale.

Compléments

• Dans le test de Sally-Anne, l’enfant doit prédire que Sally cherchera le cookie dans la boîte, car Sally ignore qu’Anne l’a déplacé dans le panier.

💡 Astuce mémo

Sensation = information afférente ; perception = interprétation par le SNC

📖 3. Canaux sensoriels et vestibulaires

🔑 Notions clés & Définitions

• Système vestibulaire : Transforme les signaux d’accélération en impulsions électriques afférentes et renseigne sur les accélérations et la position angulaire de la tête dans les trois dimensions.

★ À maîtriser

• Le système vestibulaire comprend trois canaux semi-circulaires disposés orthogonalement dans les trois plans, ainsi que le saccule et l’utricule contenant des otoconies.

Compléments

• Le goût transforme des signaux chimiques en impulsions électriques afférentes grâce aux récepteurs de la langue.

• L’audition transforme des signaux de fréquence en impulsions électriques afférentes grâce à l’oreille, sans inclure ici le système vestibulaire.

📖 4. Vision et perception haptique

🔑 Notions clés & Définitions

• Perception haptique : Décrite par Revesz en 1934, résulte de la stimulation de la peau lors de mouvements actifs d’exploration tactile d’objets et mobilise des récepteurs tactiles, kinesthésiques et proprioceptifs.

★ À maîtriser

📌 La vision centrale est consciente, permet la vision des couleurs et l’identification, tandis que la vision périphérique est principalement inconsciente, utilise les bâtonnets et détecte les mouvements.

• L’information visuelle se projette vers le corps géniculé latéral puis vers l’aire visuelle primaire V1 et les aires secondaires V2, V3, V4 et V5, avec un croisement au niveau du chiasma optique.

Compléments

• La trichromatie repose sur trois types de cônes, tandis que la dichromatie repose sur deux types de cônes et la monochromatie sur un seul type de cône.

💡 Astuce mémo

Rétine → CGL → V1 → V2-V5

📖 5. Proprioception et récepteurs musculaires

🔑 Notions clés & Définitions

• Organe tendineux de Golgi : Mécanorécepteur situé à la jonction myotendineuse qui détecte la force développée par le muscle grâce à des fibres afférentes Ib.
• Fuseau neuromusculaire : Récepteur encapsulé situé dans le muscle, composé de 4 à 15 fibres disposées parallèlement aux fibres musculaires et renseignant sur la longueur et les variations de longueur du muscle.

★ À maîtriser

📌 La coactivation des motoneurones alpha et gamma permet au fuseau neuromusculaire de conserver sa sensibilité pendant la contraction musculaire.

Compléments

• Les fuseaux neuromusculaires sont particulièrement nombreux dans les muscles de la main et des doigts, de la nuque et dans les muscles extraoculaires, ce qui permet un contrôle fin du mouvement.

💡 Astuce mémo

Golgi mesure la force ; le fuseau mesure la longueur

📖 6. Intégration sensorielle et réflexes

📝 Points essentiels

📌 L’intégration sensorielle est redondante lorsque plusieurs informations convergent vers un même résultat, et complémentaire lorsque plusieurs canaux sont nécessaires pour former une représentation complète de la situation.

• Un réflexe comprend:
  • un récepteur
  • un neurone sensitif afférent
  • un centre d’intégration
  • un neurone moteur efférent
  • un effecteur

📌 Le réflexe myotatique est monosynaptique et déclenché par l’étirement du fuseau neuromusculaire, tandis que le réflexe de flexion est polysynaptique et implique plusieurs interneurones.

📌 Le réflexe myotatique inverse est déclenché par les afférences Ib des organes tendineux de Golgi et inhibe les motoneurones alpha et gamma par l’intermédiaire d’un interneurone.

💡 Astuce mémo

Étirement → afférence → moelle → réponse motrice

📖 7. Cellules de Renshaw et inhibition

🔑 Notions clés & Définitions

• Cellule de Renshaw : Interneurone inhibiteur de la corne antérieure de la moelle spinale qui exerce un rétrocontrôle négatif sur les motoneurones alpha et gamma.

★ À maîtriser

📌 Plus l’influx descendant des centres supérieurs est élevé, plus la cellule de Renshaw est excitée et plus elle inhibe les motoneurones.

Compléments

• La strychnine peut bloquer les boucles inhibitrices des cellules de Renshaw et augmenter dangereusement la contraction musculaire.

💡 Astuce mémo

Excitation excessive → Renshaw → rétrocontrôle inhibiteur

📖 8. Organisation mécanique du muscle

🔑 Notions clés & Définitions

• Modèle de Hill : Représente le muscle par une composante élastique parallèle, une composante élastique série et une composante contractile comprenant un générateur de force et un amortisseur visqueux.

★ À maîtriser

📌 Une contraction isométrique ne modifie pas la longueur du muscle, tandis qu’une contraction isotonique modifie sa longueur.

📌 Une contraction concentrique raccourcit le muscle, tandis qu’une contraction excentrique l’allonge alors que la force reste constante ou augmente.

Compléments

• Le muscle est organisé du plus grand au plus petit en muscle, fibres musculaires, myofibrilles, sarcomères et filaments d’actine et de myosine.

💡 Astuce mémo

Isométrique : longueur constante ; isotoniques : longueur variable

📖 9. Relations force longueur vitesse

★ À maîtriser

📐 Formule - La tension musculaire est estimée par $T = a \times PCSA \times \omega_{max}$, où $a$ est l’activation, $PCSA$ la surface de section physiologique et $\omega_{max}$ la contrainte musculaire admissible fixée à 35 N/cm².

📌 La PCSA correspond à la surface de section perpendiculaire aux fibres musculaires, tandis que la CSA correspond à la surface de section perpendiculaire à l’axe de fonctionnement du muscle.

• Lors d’une contraction excentrique, la force peut atteindre environ 140 % de la force concentrique maximale, mais les dommages structuraux musculaires sont plus importants.

📌 Les fibres musculaires de type I sont lentes et oxydatives, tandis que les fibres de type II sont rapides et mieux adaptées aux contractions concentriques rapides.

Compléments

• Lorsqu’un muscle est raccourci de 10 %, sa force diminue jusqu’à environ 80 %, tandis qu’un allongement de 10 % entraîne une diminution d’environ 60 %.

📖 10. Unité motrice et contraction

🔑 Notions clés & Définitions

• Unité motrice : Plus petite unité contrôlable du muscle et comprend un motoneurone, une jonction neuromusculaire et plusieurs fibres musculaires, au nombre de 10 à 2000.
• Tétanos musculaire : Augmentation de la fréquence des potentiels d’action produisant une tension sans relaxation entre les contractions.

📝 Points essentiels

• Une secousse musculaire comprend une période de latence, une période de contraction puis une période de relaxation après la stimulation par un seul potentiel d’action.

📌 Le principe de la taille recrute d’abord les petites unités motrices, plus excitables, puis des unités motrices progressivement plus grandes lorsque la force demandée augmente.

💡 Astuce mémo

Motoneurone → plaque motrice → fibres musculaires

📖 11. Électromyographie et mesure

🔑 Notions clés & Définitions

• Électromyographie : Basmajian et De Luca, 1985 - Étude de la fonction musculaire par l’analyse du signal électrique émis par le muscle.

★ À maîtriser

📌 L’EMG élémentaire est invasif et recueille l’activité de quelques unités motrices avec une aiguille, tandis que l’EMG de surface est non invasif et donne une mesure globale des muscles superficiels.

📌 Pour enregistrer correctement un EMG contenant des fréquences jusqu’à 1000 Hz, la fréquence d’échantillonnage doit être au minimum de 2000 Hz selon le théorème de Nyquist-Shannon.

• La fatigue musculaire augmente l’amplitude de l’EMG et la puissance totale du spectre, tout en déplaçant le spectre vers les basses fréquences et en diminuant les fréquences moyenne et médiane.

Compléments

📐 Formule - La fréquence et la période d’un signal sont liées par $T = \frac{1}{F}$.

📌 Un filtre passe-bas conserve les basses fréquences, tandis qu’un filtre passe-haut conserve les hautes fréquences.

💡 Astuce mémo

Des électrodes observent le muscle comme des fenêtres dans un rideau

📖 12. Neurone et transmission nerveuse

🔑 Notions clés & Définitions

• Neurone : Élément unitaire de l’architecture du système nerveux qui achemine les informations sous forme d’impulsions électriques.

• Synapse : Transmet le signal d’un neurone à un autre par un neurotransmetteur libéré dans la fente synaptique puis fixé aux récepteurs postsynaptiques.

📝 Points essentiels

• Un neurone comprend un corps cellulaire avec noyau, des dendrites qui reçoivent les informations et un axone qui les transmet vers un autre neurone, un muscle ou un organe sensoriel.

• La myéline est produite par les cellules de Schwann dans le système nerveux périphérique et par les oligodendrocytes dans le système nerveux central, et elle accélère la conduction saltatoire.

📌 Un potentiel d’action apparaît lorsque la sommation atteint le seuil d’excitabilité de -55 mV, alors que le potentiel de repos est d’environ -70 mV.

• Tous les potentiels d’action ayant la même amplitude, l’information nerveuse est codée par la fréquence des potentiels d’action.

💡 Astuce mémo

Dendrites → corps cellulaire → axone → synapse

📖 13. Marche et générateurs spinaux

🔑 Notions clés & Définitions

• Cycle locomoteur : Succession de cycles de flexion et d’extension des membres alternant des phases d’appui et d’oscillation, un cycle correspondant à deux pas.

• CPG : Réseau de neurones interconnectés de la moelle épinière qui produit une activité rythmique organisée pouvant fonctionner indépendamment des commandes descendantes et des retours sensoriels.

★ À maîtriser

📌 La théorie périphériste de Sherrington explique la locomotion par un enchaînement de réflexes, tandis que la théorie centraliste de Brown attribue le rythme moteur à une activité propre du système nerveux.

Compléments

• L’expérience de Brown montre une activité électromyographique des membres postérieurs après section de la moelle en amont des nerfs moteurs et rhizotomie des racines dorsales sensitives.

💡 Astuce mémo

Sherrington : réflexes ; Brown : rythme produit par la moelle

📖 14. Contrôle moteur et redondance

🔑 Notions clés & Définitions

• Redondance cinématique : Existence d’une infinité de combinaisons angulaires permettant d’obtenir la même position de l’organe terminal.

• Redondance musculosquelettique : Existence d’une infinité de combinaisons de contractions musculaires permettant d’obtenir un même angle articulaire.

★ À maîtriser

• Le contrôle d’une action volontaire comprend l’analyse sensorielle, la construction d’un repère, la détermination d’une trajectoire, la génération d’une commande motrice, le contrôle de son exactitude et l’amélioration par apprentissage.

📌 La boucle ouverte concerne les mouvements de moins de 100 ms contrôlés par prédiction, tandis que la boucle fermée concerne les mouvements de plus de 100 ms corrigés par les retours sensoriels.

Compléments

📌 Le principe d’optimalité suppose que le système nerveux central choisit une solution parmi toutes celles possibles en minimisant une fonction de coût.

💡 Astuce mémo

Percevoir → planifier → commander → contrôler → apprendre

📖 15. Posture et équilibre

🔑 Notions clés & Définitions

• Posture : Élaboration et maintien actif de la configuration des différents segments corporels dans l’espace afin de faire face aux stimulations extérieures et de s’y préparer.

• Pendule inversé : En station debout, le corps se comporte comme un pendule inversé qui oscille autour des chevilles et tend vers une position instable nécessitant des ajustements posturaux continus.
• Centre des pressions : Barycentre des forces de pression exercées sur le support et constitue un indicateur du contrôle neuromusculaire postural.
• Centre de gravité : Barycentre des centres de masse segmentaires et constitue un indicateur de la posture du sujet.

💡 Astuce mémo

Centre de gravité : posture ; centre des pressions : contrôle

📊 Tableaux de synthèse

Principaux récepteurs sensoriels du mouvement

Types de contraction musculaire