Les différentes parties du
cerveau qui contrôlent le mouvement du corps peuvent subir des dommages
pour différentes raisons tout au long de notre vie (traumatisme crânien,
accident cérébro-vasculaire, maladie dégénérative
du cerveau, etc.). Un exemple typique est la destruction complète du cortex
moteur d'un seul côté du cerveau (dû à un ACV par exemple).
Le centre de commande volontaire du mouvement étant détruit, il
n'y a donc plus de mouvements possible et c'est la paralysie complète du
côté opposé du corps (à cause du contrôle
croisé).
LE CORTEX MOTEUR
La commande de tous nos mouvements
volontaires provient de notre cerveau. Une des régions les plus impliquées
dans le contrôle de ces mouvements volontaires est le cortex moteur.
Le
cortex moteur est situé à l’arrière du lobe frontal,
juste avant le sillon central qui sépare le lobe frontal du lobe pariétal.
On subdivise le cortex moteur en deux grandes aires, l’aire 4 et l’aire
6. L’aire 4, que l’on désigne aussi comme le cortex moteur
primaire, forme une mince bande qui longe le sillon central alors que l’aire
6 s’étend immédiatement en avant de l’aire 4. L’aire
6 est plus large et se
subdivise encore en deux sous-régions distinctes.
Pour
réaliser des mouvements dirigés
vers un objectif, notre cortex moteur va recevoir de l’information des
différents
lobes du cerveau. Ainsi, il sera renseigné sur la situation du corps
dans l’espace par le lobe pariétal, sur les objectifs à atteindre
et le choix d’une stratégie appropriée par la partie antérieure
du lobe frontal, sur les souvenirs d’anciennes stratégies par le
lobe temporal, etc.
En 1870, Hitzig et Fritsch stimulent
électriquement certaines parties du cortex moteur d'un animal. Selon la
région stimulée, ils observent la contraction de parties différentes
du corps. Puis ils constatent qu'en détruisant la même petite région
corticale, ils créent une paralysie de la partie du corps correspondante.
C'est ainsi que l'on découvrit que chaque partie du corps est associée
à une région précise du cortex moteur primaire qui en contrôle
le mouvement.
Mais ce qu’il y a de particulier avec cette «
carte motrice », c’est que certaines parties du corps y occupent
beaucoup plus de place que d’autres. C’est pourquoi ces parties, qui
sont celles qui ont le plus de finesse dans le mouvement, sont représentées
en plus gros sur le dessin.
Le putamen et le noyau caudé
sont traversés par les axones myélinisés de la capsule interne.
Ces faisceaux de matière blanche forment des stries qui se démarquent
de la matière grise des noyaux qu’ils traversent, d’où
l’appellation de corpus striatum souvent employée
pour désigner l’ensemble de ces structures nerveuses.
De
même, la forme du putamen et du globus pallidus qui rappelle celle d’une
lentille donne à ces deux noyaux pris collectivement le nom de noyau
lenticulaire.
Les ganglions
de la base sont, comme leur nom l’indique, formés
d’un ensemble de structures nerveuses enfouies profondément sous
le cortex. Les principales sont le noyau caudé, le putamen et le globus
pallidus.
Ces ganglions, ou amas de cellules nerveuses,
sont étroitement interconnectés et reçoivent également
des informations en provenance de plusieurs régions du cortex cérébral.
Une fois traitée par les ganglions de la base, cette information retourne
au cortex moteur en passant par le thalamus.
L’une des fonctions de cette boucle, qui
s’ajoute à celle impliquant le cervelet, est vraisemblablement
de sélectionner et de déclencher des mouvements volontaires harmonieux.
Ce rôle dans l'initiation et le bon déroulement de la commande
motrice apparaît clairement chez les personnes dont les ganglions de la
base sont endommagés, comme c’est le cas lors de la maladie de Parkinson
par exemple. On observe alors chez ces patients de la difficulté à
commencer les mouvements qu'ils ont planifiés, des tremblements ainsi qu’une
lenteur dans l’exécution de leurs gestes.
Le cervelet est formé de
plusieurs lobes et lobules qui, à la manière des circonvolutions
du cortex cérébral, contribuent à accroître considérablement
la surface du cortex du cervelet (on dit aussi du cortex « cérébelleux
»). Cette grande surface de matière grise procure au cervelet une
très forte densité de neurones. Si forte que le cervelet, qui constitue
seulement environ un dixième du volume total du cerveau, contient plus
de 50 % de l’ensemble des neurones de ce même cerveau !
La localisation anatomique du cervelet
aide à mieux comprendre ses fonctions. Le cervelet est situé
en parallèle sur deux grandes voies nerveuses : celles qui amènent
les messages sensoriels vers les zones du cortex qui en font l’analyse;
et celles qui partent du cortex et descendent vers muscles pour les faire se contracter.
Le cervelet reçoit ainsi une copie de tout ce qui monte vers le cortex
sensoriel ou part du cortex moteur et descend vers la moelle épinière.
Il reçoit également des informations issues de nombreuses autres
aires du cortex cérébral et de régions sous-corticales.
LE CERVELET
Pour
effectuer un geste simple comme se toucher le nez avec le doigt, commander aux
muscles de se contracter ne suffit pas. Car pour que les différents segments
du bras se déploient avec harmonie, il faut qu’une ‘’horloge’’
interne puisse régler avec précision l’enchaînement
et la durée des mouvements élémentaires de chaque segment.
Cette horloge, c’est le cervelet.
Comme
souvent en neurobiologie, pour avoir une idée de ce que fait concrètement
le cervelet, on peut observer des patients qui ont eu une partie de leur cervelet
détruite (à la suite d’une tumeur ou d’un ACV, par exemple).
Lorsque ces patients cherchent à atteindre un objet, le mouvement de leur
main démarre avec retard, s’avance de manière erratique, arrête
avant la cible ou s’accélère souvent au-delà de celle-ci.
Au niveau de la posture, des troubles de l'équilibre qui rappellent celui
d'un homme ivre sont aussi très caractéristiques d'une personne
au cervelet endommagé. De fait, la maladresse qui accompagne l’excès
d’alcool
sont directement en rapport avec ses effets dépresseurs sur l’activité
du cervelet.
Chez la personne saine,
le cervelet reçoit du cortex sensoriel et moteur de l’information
sur l’intention d’un mouvement. Il informe ensuite en retour le cortex
moteur des caractéristiques requises pour le mouvement à effectuer
en terme de direction, de force et de durée. Cette
boucle impliquant le cervelet s’ajoute donc à l’autre
boucle impliquant les ganglions de la base pour régler dans le détail
la commande motrice.
Une autre métaphore résume
assez bien le rôle du cervelet : celui d’un contrôleur aérien
qui collecte une quantité incroyable d’informations incluant la position
du membre et de la cible à chaque instant, la vitesse du mouvement et l’influence
d’obstacles potentiels pour permettre un « atterrissage » en
douceur de votre doigt sur votre nez, par exemple.
La production du mouvement est organisée
en différents niveaux de contrôle. Au niveau supérieur
se trouve le contrôle du cortex sur les mouvements volontaires. Il s’agit
de tous les mouvements qui requièrent une coordination et un précision
adaptée à une situation particulière grâce aux informations
apportées par nos sens.
Le niveau le plus élémentaire
est contrôlé par la moelle épinière seule, sans même
avoir recours au cerveau. Les neurones de la moelle épinière prennent
ainsi en charge les
mouvements réflexes et les mouvements rythmiques à l’origine
de la marche.
Entre les deux se situent toutes sortes de mouvements
comme ceux qui permettent la respiration qui, comme ceux de la marche, ont une
composante automatique mais peuvent être aussi modifiés volontairement
(retenir son souffle, courir, etc.)
LA SÉQUENCE D'ACTIVATION DES AIRES MOTRICES
Le cerveau sert essentiellement
à produire
des comportements qui sont d’abord et avant tout des mouvements. Plusieurs
régions du cortex cérébral sont impliquées dans le
contrôle de nos mouvements.
Ces régions montrent une organisation
hiérarchique semblable à celle de l’équipage d’un
bateau. Sur une galère par exemple, c’est le capitaine qui détermine
et planifie la destination d’un voyage en évaluant les différents
facteurs qui motivent la traversée. Ses lieutenants calculent ensuite la
direction que doit prendre le bateau pour y arriver en fonction des conditions
climatiques. Ils transmettent finalement leurs consignes aux rameurs qui impriment
son mouvement et sa direction au bateau.
Dans notre cerveau, la planification
du mouvement se fait surtout dans la partie avant du lobe frontal. Celle-ci
est informée par plusieurs autres régions du cortex de la situation
dans laquelle se trouve l’individu. Ce «capitaine» transmets
ensuite ses ordres à l’aire 6 où le choix d’un
ensemble de muscle à contracter pour réaliser le mouvement
se fait. Les «lieutenants» de l’aire 6 transmettent ensuite
leurs ordres aux «rameurs» du cortex moteur primaire (aire 4) qui
vont activer des muscles ou des groupes de muscles précis par
l’entremise des motoneurones de la moelle épinière.
Pour un geste aussi simple que prendre
un verre d’eau avec la main, il est pratiquement impensable d’essayer
de spécifier la séquence, la force, l’amplitude et la vitesse
de contraction de chacun des muscles impliqués. Pourtant, si l'on est en
santé, on fait tous ce geste le plus simplement du monde sans avoir à
réfléchir.
La décision de prendre un verre d’eau
s'accompagne d'une augmentation de l’activité électrique dans
la région frontale du cortex. Grâce à leurs axones, ces neurones
du cortex frontal vont par la suite activer le cortex moteur proprement dit qui,
avec l'aide de l'information fournie par le
cortex visuel, va déterminer la trajectoire idéale pour atteindre
le verre. Pour ce faire, il mettra à contribution d'autres régions
du cerveau comme les
noyaux gris centraux et le cervelet qui aident à initier et à
coordonner la séquence de muscles à activer.
Les axones
des neurones du cortex moteur primaire descendent
jusque dans la moelle épinière. C'est là que se fait
le dernier relais avec les neurones moteurs de la moelle. Ceux-ci sont connectés
directement aux muscles et provoquent leur contraction. Et c'est en tirant sur
les os que les muscles déclenchent enfin le mouvement qui va permettre
de saisir le verre.
De plus, pour que les mouvements soient coordonnés,
précis et rapides, le système nerveux doit continuellement recevoir
des informations sensorielles du monde extérieur pour adapter et corriger
sa trajectoire. Il y parvient surtout grâce au cervelet
qui reçoit des propriocepteurs la position des articulations et du corps
dans l'espace.