Fiche de révision : Neurosciences et contrôle du mouvement

📋 Plan du Cours

1. Définition et émergence des neurosciences
2. Sensation, perception et qualia
3. Canaux sensoriels et vision
4. Vestibule et proprioception
5. Intégration des informations sensorielles
6. Réflexes et inhibition médullaire
7. Muscle et propriétés mécaniques
8. Unités motrices et contraction
9. Mesure et interprétation de l’EMG
10. Neurones et transmission nerveuse
11. Locomotion et générateurs spinaux
12. Commande et contrôle du mouvement
13. Redondance et degrés de liberté
14. Posture et équilibre

📖 1. Définition et émergence des neurosciences

🔑 Notions clés & Définitions

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

📝 Points essentiels

• Les neurosciences émergent aux États-Unis au début des années 1960, avec un intérêt marqué pour l’étude électrophysiologique du système nerveux.

• David Hunter Hubel et Torsten Wiesel ont enregistré l’activité électrique des neurones du cortex visuel de chats en fonction des images présentées.

📖 2. Sensation, perception et qualia

🔑 Notions clés & Définitions

• Sensation : Détection d’une information sensorielle et acheminement afférent vers le système nerveux central.
• Perception : Interprétation par le système nerveux central de l’information sensorielle reçue.
• Qualia : Écart entre l’explication d’une expérience perceptive et le fait de la ressentir subjectivement.

★ À maîtriser

• La couleur est une interprétation construite par le cerveau à partir d’un signal lumineux transformé en signal électrique et traité par le cortex.

Compléments

• Dans le test de Sally-Anne, l’enfant doit prédire que Sally cherchera le cookie dans la boîte où elle l’a laissé, même si l’enfant sait qu’Anne l’a déplacé dans le panier.

💡 Astuce mémo

Sensation : l’information arrive ; perception : le SNC l’interprète.

📖 3. Canaux sensoriels et vision

★ À maîtriser

• Les canaux sensoriels présentés sont :
  • le goût
  • l’odorat
  • l’audition
  • la vision
  • le toucher
  • le système vestibulaire

• La vision centrale est consciente, permet notamment l’identification et la lecture, et repose sur les cônes, tandis que la vision périphérique, reposant sur les bâtonnets, détecte notamment le mouvement de façon inconsciente.

Compléments

• Les trois types de cônes permettent la trichromatie ; deux types correspondent à la dichromatie, un seul à la monochromatie et quatre à la tétrachromatie.

• Les récepteurs cutanés cités sont : les corpuscules de Meissner pour le toucher léger, les cellules de Merkel pour le toucher léger, les corpuscules de Ruffini pour les fortes pressions, les corpuscules de Pacini pour les variations de pression, les thermorécepteurs pour la température, les nocicepteurs pour la douleur

📖 4. Vestibule et proprioception

★ À maîtriser

• Le système vestibulaire comprend trois canaux semi-circulaires, le saccule et l’utricule, et contribue à la perception de la position et des accélérations de la tête.

• Les trois canaux semi-circulaires, remplis d’endolymphe et disposés orthogonalement, détectent les accélérations angulaires de la tête dans les différentes directions.

• Les fuseaux neuromusculaires renseignent sur la longueur du muscle et ses variations, tandis que les organes tendineux de Golgi sont sensibles à la force développée par le muscle.

Compléments

• Le saccule et l’utricule contiennent des otoconies et participent à la détection des accélérations linéaires.

• La fréquence de décharge des organes tendineux de Golgi est proportionnelle à la force développée par le muscle, et leurs afférences sont de groupe Ib.

• Les fuseaux neuromusculaires contiennent de 4 à 15 fibres intrafusales disposées parallèlement aux fibres musculaires squelettiques.

📖 5. Intégration des informations sensorielles

★ À maîtriser

📌 La redondance sensorielle correspond à la convergence de plusieurs informations vers un même résultat, tandis que la complémentarité combine des informations différentes pour analyser une situation.

Compléments

• Pendant la marche, la vision périphérique renseigne sur le déplacement de l’environnement, le vestibule sur les mouvements de la tête, le système musculo-articulaire sur les mouvements des jambes et le système cutané sur les contacts alternés des pieds avec le sol.

💡 Astuce mémo

Redondance : plusieurs voies convergent ; complémentarité : elles assemblent des informations différentes.

📖 6. Réflexes et inhibition médullaire

★ À maîtriser

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

📌 Le réflexe myotatique est monosynaptique et répond à l’étirement du fuseau neuromusculaire par une réponse motrice, tandis que le réflexe de flexion est polysynaptique et fait intervenir des interneurones.

• Le réflexe myotatique inverse est déclenché par les afférences Ib des organes tendineux de Golgi, qui activent un interneurone inhibant les motoneurones α et γ et régulent ainsi la contraction musculaire.

📌 L’inhibition réciproque associe l’excitation de l’agoniste à l’inhibition de l’antagoniste, entraînant respectivement la contraction et la relaxation.

Compléments

• La cellule de Renshaw reçoit une collatérale d’un motoneurone et exerce un rétrocontrôle inhibiteur sur les motoneurones, ce qui limite leur activité excessive.

📖 7. Muscle et propriétés mécaniques

★ À maîtriser

📌 Une contraction isométrique ne modifie pas la longueur du muscle, une contraction concentrique le raccourcit et une contraction excentrique l’allonge sous tension.

• Dans le modèle de Hill de 1951, le muscle comprend une composante élastique parallèle, une composante élastique série et une composante contractile composée d’un générateur de force et d’un amortisseur visqueux.

📐 Formule - La tension musculaire est estimée par $T = a \times PCSA \times \omega_{max}$, où l’activation du muscle est multipliée par sa section physiologique et par la contrainte musculaire admissible.

Compléments

• La contrainte musculaire admissible utilisée dans l’estimation de la tension est fixée à 35 N/cm².

📌 La PCSA est mesurée perpendiculairement aux fibres musculaires, tandis que la CSA est mesurée perpendiculairement à l’axe de fonctionnement du muscle.

• Une contraction excentrique peut supporter une charge supérieure d’environ 40 % à celle d’une contraction isométrique, mais elle provoque des dommages musculaires plus importants.

📖 8. Unités motrices et contraction

🔑 Notions clés & Définitions

• Unité motrice : Plus petite unité contrôlable du muscle, comprenant un motoneurone, une jonction neuromusculaire et plusieurs fibres musculaires.
• Tétanos : Tension soutenue produite par une fréquence élevée de potentiels d’action qui ne laisse pas au muscle le temps de se relâcher.

★ À maîtriser

• Le recrutement spatial augmente la force en activant davantage d’unités motrices, selon le principe de taille qui recrute d’abord les petites unités puis les plus grandes.

• Le recrutement temporel augmente la force en accroissant la fréquence des potentiels d’action envoyés aux fibres musculaires.

Compléments

• Une unité motrice peut comprendre de 10 à 2 000 fibres musculaires ; plus elle en comprend, moins le contrôle du mouvement est précis.

📖 9. Mesure et interprétation de l’EMG

🔑 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 recueille de façon invasive l’activité de quelques unités motrices, tandis que l’EMG de surface utilise des électrodes non invasives et enregistre une activité plus globale.

• Le signal EMG de surface représente la somme algébrique des potentiels d’action des unités motrices actives et dépend de paramètres physiologiques et techniques.

Compléments

• La détection bipolaire réduit le bruit en calculant la différence entre les signaux mesurés par deux électrodes.

📐 Formule - La période du signal et sa fréquence sont liées par $T = \frac{1}{F}$.

📌 Pour enregistrer une activité EMG comprise jusqu’à 1 000 Hz, la fréquence d’échantillonnage doit être d’au moins 2 000 Hz selon le théorème de Nyquist-Shannon.

• La fatigue musculaire augmente la puissance totale du spectre EMG et déplace celui-ci vers les basses fréquences, réduisant les fréquences moyenne et médiane.

📖 10. Neurones et transmission nerveuse

🔑 Notions clés & Définitions

• Neurone : Unité cellulaire du système nerveux qui achemine les informations sous forme d’impulsions électriques.

★ À maîtriser

• Un neurone comprend : un corps cellulaire, des dendrites qui acheminent l’information vers le corps cellulaire, un axone qui conduit l’information vers une autre cellule, un muscle ou un organe sensoriel

📌 Un potentiel d’action apparaît lorsque la sommation atteint le seuil d’excitabilité de −55 mV ; en dessous de ce seuil, le message n’est pas relayé par l’axone.

• À la synapse, le neurone émetteur libère un neurotransmetteur qui diffuse dans la fente synaptique et se lie aux récepteurs du neurone récepteur.

Compléments

• La myéline accélère la conduction nerveuse par conduction saltatoire entre les nœuds de Ranvier ; elle est produite par les cellules de Schwann dans le système périphérique et les oligodendrocytes dans le système central.

💡 Astuce mémo

Sommation jusqu’au seuil, potentiel d’action, puis transmission synaptique chimique.

📖 11. Locomotion et générateurs spinaux

🔑 Notions clés & Définitions

• Locomotion : Philippson, 1905 - Succession de cycles de flexion et d’extension des membres alternant phases d’appui et de transfert pour assurer la propulsion de l’animal.

• Générateur central de rythme : Réseau de neurones interconnectés, localisé dans la moelle épinière, qui élabore une activité rythmique organisée.

★ À maîtriser

📌 La théorie périphériste de Sherrington attribue les activités rythmiques à l’enchaînement des réflexes, tandis que la théorie centraliste de Brown les attribue à une activité produite par le système nerveux indépendamment des retours sensoriels.

Compléments

• Un cycle de marche comprend deux pas et alterne des phases d’appui et d’oscillation.

📌 Pour appartenir à un générateur central de rythme, un neurone doit suivre son rythme et sa perturbation doit perturber l’ensemble du réseau.

💡 Astuce mémo

Sherrington fait naître le rythme des réflexes ; Brown le situe dans les réseaux spinaux.

📖 12. Commande et contrôle du mouvement

★ À maîtriser

• 🔄 La préparation et l’amélioration d’une action passent par les étapes suivantes : analyser les informations sensorielles et construire des repères, déterminer une trajectoire, choisir un programme moteur, contrôler l’exactitude de la commande, adapter la commande par apprentissage

📌 La boucle ouverte concerne les mouvements de moins de 100 ms et repose sur la prédiction, tandis que la boucle fermée concerne les mouvements de plus de 100 ms et permet leur correction à partir des retours sensoriels.

Compléments

📌 La vision construit des repères environnants et distants, tandis que la proprioception construit des repères égocentrés et internes.

• La copie efférente accompagne la commande motrice et permet, avec l’information sensorielle, d’anticiper les résultats de l’action ; elle participe aussi à la sensation d’effort. - Turvey, 1994

💡 Astuce mémo

Percevoir, planifier, commander, contrôler, puis apprendre.

📖 13. Redondance et degrés de liberté

🔑 Notions clés & Définitions

• Redondance cinématique : Existence d’une infinité de combinaisons articulaires permettant d’obtenir une même posture de l’effecteur.
• Redondance musculo-squelettique : Existence d’une infinité de combinaisons de contractions musculaires permettant d’obtenir un même angle articulaire.
• Redondance dynamique : Existence de plusieurs combinaisons de forces produisant une même force résultante dans les chaînes parallèles.

📝 Points essentiels

• Le modèle simplificateur du gel des degrés de liberté réduit d’abord leur nombre au minimum, puis l’augmente progressivement jusqu’à utiliser toute la chaîne articulaire.

• Selon le principe d’optimalité, le système nerveux central choisirait une solution parmi les solutions possibles en minimisant une fonction de coût.

📖 14. Posture et équilibre

🔑 Notions clés & Définitions

• Posture : Élaboration et maintien actif de la configuration des segments du corps dans l’espace, en réponse aux stimulations extérieures et en préparation à l’action.

★ À maîtriser

• En station debout, le balancement autour des chevilles dans le plan médian est assimilé au mouvement d’un pendule inversé.

📌 Le centre de pression est le barycentre des forces de pression, tandis que le centre de gravité est le barycentre des centres segmentaires et renseigne sur la posture du sujet.

Compléments

• Le mouvement intentionnel perturbe la posture et requiert des ajustements posturaux destinés à maintenir l’équilibre.

💡 Astuce mémo

Le pendule simple tend vers le bas ; le pendule inversé tend à chuter.