Fiche de révision : Neurosciences du mouvement humain

📋 Plan du Cours

1. Définition et histoire des neurosciences
2. Sensation perception et qualia
3. Systèmes sensoriels du mouvement
4. Vision et perception haptique
5. Proprioception et récepteurs musculaires
6. Intégration sensorielle et réflexes
7. Cellules de Renshaw et régulation
8. Mécanique et contractions musculaires
9. Unité motrice et sommation
10. Électromyographie et signal musculaire
11. Neurone et transmission nerveuse
12. Locomotion et contrôle moteur
13. Redondance et apprentissage moteur
14. Posture et équilibre

📖 1. Définition et histoire 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, qui influencent directement la perception, mais le système nerveux ne commande pas directement la perception.

Compléments

• Au début des années 1960, les neurosciences émergent aux États-Unis et s’intéressent notamment à l’électrophysiologie.

• David Hunter Hubel et Torsten Wiesel ont enregistré les potentiels électriques des neurones du cortex visuel du chat en fonction des images présentées, travaux associés à deux futurs prix Nobel.

📖 2. Sensation perception et qualia

🔑 Notions clés & Définitions

• Sensation : Détection et acheminement d’une information sensorielle vers le système nerveux central.
• Perception : Ce que devient l’information sensorielle après son traitement par le système nerveux central.
• Qualia : Écart entre l’explication objective d’une perception et son ressenti subjectif.

📝 Points essentiels

• Le test de Sally-Anne montre que les enfants peuvent attribuer à Sally une connaissance qu’elle n’a pas, car ils savent que le cookie a été déplacé alors que Sally ne l’a pas vu.

💡 Astuce mémo

Sensation = acheminement ; perception = interprétation

📖 3. Systèmes sensoriels du mouvement

🔑 Notions clés & Définitions

• Système vestibulaire : Convertit les signaux d’accélération en impulsions électriques afférentes et renseigne sur la position et les accélérations de la tête.

★ À maîtriser

• Les principaux canaux sensoriels sont:

  • le goût
  • l’odorat
  • l’audition
  • le système vestibulaire
  • la vision
  • le toucher

• Les trois canaux semi-circulaires sont disposés orthogonalement dans les trois plans et détectent les accélérations angulaires de la tête.

Compléments

• Le saccule et l’utricule contiennent des otoconies qui permettent de détecter les accélérations linéaires.

📖 4. Vision et perception haptique

🔑 Notions clés & Définitions

• Perception haptique : Revesz, 1934 - Résulte de la stimulation de la peau lors de mouvements actifs d’exploration tactile avec des objets et regroupe le toucher et les phénomènes kinesthésiques.

📝 Points essentiels

📌 La vision centrale est consciente, précise et impliquée dans la perception des couleurs et l’identification, tandis que la vision périphérique est principalement inconsciente et détecte les mouvements.

• Les cônes assurent la vision des couleurs avec trois types principaux, tandis que les bâtonnets assurent une vision en noir et blanc avec une moins bonne acuité spatiale.

• Le trajet visuel cortical comprend:

  • le chiasma optique
  • le corps géniculé latéral
  • V1
  • V2
  • V3
  • V4
  • V5

💡 Astuce mémo

Rétine → CGL → V1 → aires visuelles secondaires

📖 5. Proprioception et récepteurs musculaires

🔑 Notions clés & Définitions

• Organe tendineux de Golgi : Mécanorécepteur situé à la jonction myotendineuse dont la fréquence de décharge est proportionnelle à la force développée par le muscle.

• Fuseau neuromusculaire : Récepteur encapsulé de 4 à 15 fibres, situé dans le muscle et disposé parallèlement aux fibres musculaires squelettiques.

📝 Points essentiels

📌 Le fuseau neuromusculaire renseigne sur la longueur du muscle et ses variations, avec des réponses toniques, statiques, phasiques et dynamiques.

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

💡 Astuce mémo

Golgi mesure la force ; le fuseau mesure la longueur

📖 6. Intégration sensorielle et réflexes

🔑 Notions clés & Définitions

• Réflexe myotatique : Réponse motrice monosynaptique déclenchée par l’étirement du fuseau neuromusculaire.

• Réflexe myotatique inverse : Déclenché par les afférences Ib des organes tendineux de Golgi et inhibe les motoneurones alpha et gamma par l’intermédiaire d’un interneurone.

📝 Points essentiels

• 🔄 Un arc réflexe comprend successivement:
  1. un récepteur
  2. un neurone sensitif afférent
  3. un centre d’intégration
  4. un neurone moteur efférent
  5. un effecteur

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

💡 Astuce mémo

Étirement → afférence → moelle → réponse motrice

📖 7. Cellules de Renshaw et régulation

🔑 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 destiné aux motoneurones est élevé, plus l’activation des cellules de Renshaw et l’inhibition des motoneurones augmentent.

Compléments

• La strychnine peut bloquer les boucles inhibitrices des cellules de Renshaw et augmenter la force, mais cette levée de restriction expose à des lésions musculaires et à des déchirures.

💡 Astuce mémo

Excitation excessive → Renshaw → inhibition → protection musculaire

📖 8. Mécanique et contractions musculaires

🔑 Notions clés & Définitions

• Contraction concentrique : Contraction musculaire au cours de laquelle la longueur du muscle diminue alors que la force développée reste constante ou augmente.

★ À maîtriser

📌 Une contraction isométrique ne modifie pas la longueur du muscle, tandis qu’une contraction isotonique peut être concentrique ou excentrique.

📐 Formule - La tension musculaire peut être estimée par $T = a \times PCSA \times \omega_{max}$, où PCSA est la surface de section physiologique et $\omega_{max} = 35\,N/cm^2$ la contrainte musculaire admissible.

Compléments

• Le modèle de Hill comprend:
  • une composante élastique parallèle
  • une composante élastique série
  • une composante contractile
  • un générateur de force
  • un amortisseur visqueux

💡 Astuce mémo

Concentrique : le muscle raccourcit ; excentrique : il s’allonge

📖 9. Unité motrice et sommation

🔑 Notions clés & Définitions

• Unité motrice : Plus petite unité contrôlable du muscle comprenant un motoneurone, une jonction neuromusculaire et 10 à 2000 fibres musculaires.
• Tétanos : Contraction musculaire soutenue produite par une augmentation de la fréquence des potentiels d’action sans relaxation entre les secousses.

📝 Points essentiels

• 🔄 Une secousse musculaire comprend:
  1. une période de latence
  2. une période de contraction
  3. une période de relaxation

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

💡 Astuce mémo

PA unique → sommation → tétanos

📖 10. Électromyographie et signal musculaire

🔑 Notions clés & Définitions

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

★ À maîtriser

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

• L’enregistrement bipolaire réduit le bruit en calculant la différence entre les signaux recueillis par deux électrodes.

• Le théorème de Nyquist-Shannon impose une fréquence d’échantillonnage au moins supérieure ou égale au double de la fréquence maximale contenue dans le signal.

• Comme 75 % de l’activité de l’EMG musculaire se situe entre 25 et 1000 Hz, l’échantillonnage doit être réalisé à au moins 2000 Hz.

Compléments

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

📖 11. 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.
• Myéline : Membrane spécialisée produite par les cellules de Schwann dans le système nerveux périphérique et par les oligodendrocytes dans le système nerveux central.

📝 Points essentiels

• Un neurone comprend:
  • un corps cellulaire
  • des dendrites
  • un axone

📌 Un potentiel d’action apparaît lorsque la sommation des potentiels atteint le seuil d’excitabilité de -55 mV.

• Tous les potentiels d’action ayant la même amplitude, l’influx nerveux est codé par la fréquence des potentiels d’action.

💡 Astuce mémo

Dendrites → corps cellulaire → axone → synapse

📖 12. Locomotion et contrôle moteur

🔑 Notions clés & Définitions

• Locomotion : philippson, 1905 - Succession de cycles de flexions et d’extensions des membres alternant phases de transfert et phases d’appui pour assurer la propulsion.

• Central pattern generator : Réseau de neurones interconnectés de la moelle épinière capable de produire une activité rythmique organisée indépendamment des commandes descendantes et des retours sensoriels.

📝 Points essentiels

• Un cycle de marche comprend deux pas et alterne des phases d’appui et d’oscillation, avec des périodes de double contact et d’appui unipodal.

📌 La théorie périphériste de Sherrington explique les activités rythmiques par un enchaînement de réflexes, tandis que la théorie centraliste de Brown les attribue à une activité produite par le système nerveux indépendamment des informations sensorielles.

💡 Astuce mémo

Boucle ouverte < 100 ms ; boucle fermée > 100 ms

📖 13. Redondance et apprentissage moteur

🔑 Notions clés & Définitions

• Copie efférente : Turvey, 1994 - Copie de la commande motrice émise simultanément afin d’anticiper les résultats de l’action et de les comparer aux informations sensorielles.

📝 Points essentiels

• 🔄 Le contrôle d’une action comprend:
  1. l’analyse sensorielle
  2. la détermination d’une trajectoire
  3. la génération de la commande motrice
  4. le contrôle de l’exactitude
  5. l’adaptation et l’apprentissage

📌 Une boucle ouverte concerne les mouvements de moins de 100 ms contrôlés par prédiction, tandis qu’une boucle fermée concerne les mouvements de plus de 100 ms corrigés par les retours sensoriels.

📖 14. Posture et équilibre

🔑 Notions clés & Définitions

• Redondance : Existence de plusieurs solutions possibles pour produire une même action ou une même force résultante.
• Principe d’optimalité : Supposition que le système nerveux central choisit une solution parmi toutes celles possibles en minimisant une fonction de coût.

★ À maîtriser

• La redondance peut être cinématique, musculo-squelettique ou dynamique selon qu’elle concerne les angles articulaires, les combinaisons musculaires ou les forces produites.

Compléments

📌 Lors de l’apprentissage moteur, le système nerveux peut d’abord geler les degrés de liberté, puis les libérer progressivement pour utiliser toute la chaîne articulaire.

💡 Astuce mémo

Centre de pression = forces ; centre de gravité = masses

📊 Tableaux de synthèse

Principaux récepteurs sensoriels