Cartes de motricité

L’information motrice est organisée selon les divisions anatomiques du cortex moteur primaire, créant ainsi une carte topographique dans le cerveau.

Situées dans le gyrus précentral, les représentations corticales du corps sont organisées en un homoncule moteur. Little Man" et sont disposés de manière inversée, de sorte que les zones qui contrôlent les orteils se trouvent dans la paroi médiale et que la langue est située près du sillon latéral.

De plus, les parties du corps qui nécessitent un contrôle moteur volontaire plus fin, telles que les mains et leurs doigts associés, ont des représentations plus grandes dans le cortex, par rapport aux caractéristiques anatomiques qui ne nécessitent pas une manipulation aussi précise, comme la hanche.

L’homoncule est également latéralisé, les neurones du cortex moteur primaire gauche (illustré ici) contrôlant le côté droit du corps, et vice versa. Ainsi, lorsqu’un individu bouge sa hanche droite, il y a une activation corticale accrue sur son gyrus précentral gauche dans une région discrète.

Cette vidéo détaille une expérience qui utilise la neuroimagerie fonctionnelle moderne pour démontrer l’organisation corporelle du cortex moteur primaire humain, y compris comment collecter et analyser l’activité cérébrale lorsque les participants bougent leurs mains ou leurs pieds.

Dans cette expérience, l’activité cérébrale est mesurée à l’aide de l’imagerie par résonance magnétique fonctionnelle, abrégée en IRMf, tandis que les participants sont invités à bouger de manière répétitive différentes parties du corps, comme les doigts de leur main gauche ou droite.

Cette technique repose sur des changements dans les niveaux d’oxygénation du sang, appelés BOLD ? Réponse dépendante du niveau d’oxygénation du sang. Pour un examen approfondi des principes qui sous-tendent la méthode, veuillez vous référer à une autre vidéo de la collection SciEd Essentials of Neuroscience de JOVE, fMRI : Functional Magnetic Resonance Imaging.

Dans le contexte présenté ici, lorsqu’une partie du corps, comme le pied gauche, fléchit d’avant en arrière, le flux sanguin cérébral oxygéné – alimenté par les artères du cerveau – augmente vers les régions neuronales qui sont actives pendant ce mouvement, comme le cortex moteur primaire.

Cependant, cette réponse hémodynamique se produit plus lentement que le mouvement physique réel, ce qui justifie que les actions soient séparées par des périodes de repos.

Ainsi, chaque mouvement du corps est chronométré avec précision pour distinguer les quatre conditions les unes des autres : main gauche, pied gauche, main droite et pied droit.

Par exemple, les participants à un appareil d’IRMf sont invités à commencer à faire des gestes de leur main gauche lorsqu’une telle main apparaît sur le côté gauche d’un écran de présentation.

Le mouvement de la main requis est en fait complexe et consiste à toucher le pouce à chaque doigt, dans l’ordre, en commençant par le pointeur. Ensuite, le participant doit répéter ces actions dans la direction opposée, en commençant par le petit doigt.

Le mouvement s’arrête lorsque le signal – dans ce cas, l’image de la main gauche – disparaît de l’écran.

De même, lorsqu’ils voient un pied sur la droite, on leur demande de bouger leur pied droit en le poussant vers le bas à plusieurs reprises, jusqu’à ce que l’image disparaisse.

Ici, la variable dépendante est l’intensité de la réponse BOLD après un mouvement de la main ou du pied, qui peut ensuite être localisée dans des régions cérébrales spécifiques.

Pour un mouvement de la main gauche, l’activation cérébrale est principalement attendue sur la surface dorsolatérale droite du gyrus précentral. En revanche, pour un mouvement de la main droite, l’activation cérébrale est anticipée sur la surface dorsolatérale gauche. Ces résultats s’aligneraient avec l’homoncule moteur latéralisé.

Avant l’expérience, recrutez des participants qui sont droitiers, qui ont une vision normale ou corrigée à la normale, qui n’ont pas d’implants métalliques dans leur corps ou qui souffrent de claustrophobie en raison de problèmes de contrôle expérimental et de sécurité.

Demandez-leur de remplir des documents préalables à l’examen, qui comprennent des questions liées aux questions de santé et de sécurité pendant la séance, comme le consentement à ce qu’un radiologiste examine leurs images en cas de découvertes fortuites, ainsi que des détails sur les risques et les avantages de l’étude.

Demandez au participant de retirer également tous les objets métalliques de son corps, y compris les montres, les téléphones, les portefeuilles, les clés, les ceintures et les pièces de monnaie, pour se préparer à entrer dans la salle de balayage.

Ensuite, expliquez les règles de la tâche : l’appendice qu’ils doivent déplacer – dans ce cas, leur pied – apparaîtra comme un repère visuel sur le côté correspondant de l’écran. Montrez-lui comment il doit bouger son pied en l’appuyant à plusieurs reprises, comme s’il appuyait sur une pédale imaginaire.

Lorsqu’un signal de main apparaît, ils doivent toucher le pouce à chaque doigt de la même main dans l’ordre, puis répéter cette séquence en sens inverse.

Maintenant, amenez le participant dans la salle d’imagerie. Fournissez des bouchons d’oreille pour protéger leurs oreilles des bruits forts et des écouteurs pour qu’ils puissent entendre toute communication supplémentaire pendant la séance. Demandez-lui de s’allonger sur le lit, la tête dans la bobine, et de le fixer avec des coussinets en mousse pour éviter les mouvements excessifs et le flou pendant le balayage.

Au-dessus des yeux des participants, placez un miroir qui reflète un écran à l’arrière de l’alésage du scanner. Ensuite, donnez-leur une balle de compression à utiliser en cas d’urgence. Rappelez-leur également qu’il est très important de rester aussi immobile que possible tout le temps.

Après avoir guidé le participant à l’intérieur de la machine, collectez d’abord des images anatomiques haute résolution. Pour commencer la partie fonctionnelle, synchronisez la présentation du stimulus avec le démarrage du scanner.

Présentez les repères visuels à l’aide d’un ordinateur portable connecté à un projecteur, chacun pendant 12 s, suivi de 12 s de ligne de base au repos. Alternez entre les quatre conditions : main gauche, main droite, pied gauche et pied droit, en répétant chacune quatre fois en 6,5 minutes.

Une fois le balayage terminé, dirigez le participant hors de la pièce. Les débriefer et les récompenser pour leur participation à l’étude.

Comme première étape de l’analyse, prétraitez les données en effectuant une correction de mouvement pour réduire les artefacts, un filtrage temporel pour supprimer les dérives du signal et un lissage spatial pour augmenter le rapport signal/bruit.

À l’aide de ces données, créez un modèle de la réponse hémodynamique attendue pour chaque condition de tâche. Ensuite, ajustez les données à ce modèle, ce qui permet d’obtenir une carte statistique pour chaque sujet, où la valeur à chaque voxel (un pixel 3D de volume) représente la mesure dans laquelle ce voxel était impliqué dans la condition de tâche.

Enregistrer le cerveau du participant dans un atlas standard afin de combiner les données de chaque participant. Ensuite, combinez toutes les cartes statistiques des participants pour une analyse au niveau du groupe. Notez que les changements dans le flux sanguin sont représentés par différentes couleurs à la surface du cerveau.

Les mouvements de la main droite, représentés en bleu, ont produit la plus grande activation sur la surface latérale gauche du gyrus précentral, tandis que l’engagement de la main gauche, représentée en vert, a produit la plus grande activation sur la surface latérale droite.

De plus, la flexion du pied droit, indiquée en bleu clair, produisait une activation sur la surface médiale gauche, tandis que la plus grande activation pour les mouvements du pied gauche, en jaune, se produisait sur la surface médiale droite.

Ces résultats suggèrent que les actions motrices peuvent être localisées dans des régions discrètes du cortex moteur primaire dans les deux hémisphères, soutenant l’homoncule moteur.

Maintenant que vous êtes familiarisé avec l’exécution d’une expérience d’IRMf pour observer l’organisation du cortex moteur primaire, voyons comment le cerveau gère le mouvement après une lésion ou après la fixation de membres prothétiques.

Les dommages au gyrus précentral gauche, comme à la suite d’un accident vasculaire cérébral, peuvent entraîner des difficultés à bouger le côté droit du corps.

Comme vous l’avez appris dans cette vidéo, les parties spécifiques qui sont touchées dépendent de l’étendue de la blessure : les déficiences peuvent être petites et affecter un seul doigt, ou suffisamment grandes pour influencer tous les doigts et l’ensemble du bras.

Bien que les représentations semblent simples, le cortex moteur primaire ne fonctionne pas seul, car il ne s’agit que d’un segment au sein d’un réseau plus large de régions impliquées dans la sélection, la planification et la coordination du mouvement. Ainsi, la localisation des dommages peut ne pas être aussi facile qu’il n’y paraît.

Une approche thérapeutique potentielle pour améliorer la fonction des membres chez les amputés implique des interfaces cerveau-ordinateur. Cette méthode techniquement avancée est basée sur l’électromyographie, ou signaux EMG, la communication électrique entre les motoneurones et les mouvements musculaires.

Les chercheurs développent des moyens d’intégrer les enregistrements EMG aux prothèses de membres pour contrôler plus facilement les comportements moteurs, comme se tenir debout ou même monter une rampe.

Vous venez de regarder l’introduction de JoVE aux cartes motrices. Vous devriez maintenant avoir une bonne compréhension de la conception et de la conduite de l’expérience IRMf, et enfin de l’analyse et de l’interprétation des résultats de l’activation cérébrale.

Merci d’avoir regardé !