5. Le contrôle central du mouvement - UFR des Sciences de la Vie

5. Le contrôle central du mouvement
a. Voies motrices descendantes
SYSTEMES
DESCENDANTS
Cortex moteur
Centres du tronc
cérébral
Neurones de circuits locaux
Intégration des afférences
motoneuronales
Afférences
sensorielles
CIRCUITS DE LA MOELLE EPINIERE
ET DU TRONC CEREBRAL
GANGLIONS DE
LA BASE
CERVELET
Groupes de motoneurones:
Motoneurones α
Muscles
1

5. Le contrôle central du mouvement
a. Voies motrices descendantes
II - Le système ventromédian
2. Faisceaux reticulospinaux d’origine pontique et bulbaire
Origine: formation réticulée (au niveau tronc cérébral)
La formation réticulée s’étend sur toute la longueur du tronc cérébral (au dessous de
l’aqueduc de Sylvius et du quatrième ventricule)
FR: Reçoit des informations de toute origine : contribue à de
très nombreuses fonctions (cycle veille/sommeil, contrôle
cardiovasculaire, respiratoire, coordination temporelle et spatiale
des mouvements etc…)
Divisée en deux régions distinctes donnant deux faisceaux
de fibres descendantes distinctes:
Faisceaux reticulospinaux d’origine pontique
= faisceau réticulospinal médian
Faisceaux reticulospinaux d’origine bulbaire
= faisceau réticulospinal latéral
2

5. Le contrôle central du mouvement
a. Voies motrices descendantes
II - Le système ventromédian
2. Faisceaux reticulospinaux d’origine pontique et bulbaire
Faisceau reticulospinal d’origine pontique ou médian
Action facilitatrice sur les réflexes antigravitaires au
niveau moelle épinière
Action facilitatrice de l’activité des muscles
extenseurs des membres inférieurs
Action facilitatrice de l’activité des muscles
fléchisseurs des membres supérieurs
Donc maintien posture érigée en s’opposant aux effets de
la gravitation = rôle primordial dans le contrôle moteur
3

5. Le contrôle central du mouvement
a. Voies motrices descendantes
II - Le système ventromédian
2. Faisceaux reticulospinaux d’origine pontique et bulbaire
Faisceau reticulospinal d’origine bulbaire ou latéral
Effet antagoniste: libère muscles anti-gravitaires
des activités réflexes dans lesquelles ils se trouvent
impliqués
Ces deux faisceaux sont sous le contrôle du
cortex: permet ajustement fin de la synergie entre
ces deux types de faisceaux
4

5. Le contrôle central du mouvement
a. Voies motrices descendantes
II - Le système ventromédian
2. Faisceaux reticulospinaux d’origine pontique et bulbaire
Ex: maintien anticipateur de
la posture du corps
Faisceau réticulospinal permet
anticipation changements posturaux
5

5. Le contrôle central du mouvement
a. Voies motrices descendantes
En résumé…
Voie
extrapyramidale
cortex
moteur
Voie
pyramidale
Voies
extrapyramidales
6

5. Le contrôle central du mouvement
b. La motricité volontaire
Planification
du
mouvement
SYSTEMES
DESCENDANTS
Cortex moteur
Centres du tronc cérébral
Neurones de circuits locaux
Intégration des afférences
motoneuronales
Afférences
sensorielles
GANGLIONS DE LA
BASE
CERVELET
CIRCUITS DE LA MOELLE EPINIERE ET
DU TRONC CEREBRAL
Groupes de motoneurones:
Motoneurones α
Muscles
squelettiques
7

5. Le contrôle central du mouvement
b. La motricité volontaire
- organisation fonctionnelle du cortex moteur -
LOBE
FRONTAL
Cortex moteur = aires 4 et 6
(numérotation de Brodmann)
= cortex moteur primaire ou M1 (aire 4)
Aire motrice supplémentaire (aire 6)
Aire prémotrice (aire 6)
Cortex
somatosensoriel
8

5. Le contrôle central du mouvement
b. La motricité volontaire
Sir Charles Sherrington
(début 20è siècle) – Singe -
- Cortex moteur primaire M1 -
Wilder Penfield
Université Mc Gill Québec (années 30 à 50)
- Humain -
Exploration cortex moteur: stimulations.
Stimulation aire 4 (faibles intensités) activités musculaires
localisées en contralatéral.
9

5. Le contrôle central du mouvement
b. La motricité volontaire
- Cortex moteur primaire M1 -
Organisation somatotopique du cortex moteur
10

5. Le contrôle central du mouvement
b. La motricité volontaire
-Expériences chez le primate –
-Le cortex moteur primaire M1 -
Ed Evarts: électrodes dans le
cerveau de macaque éveillé
Enregistrement neurones cortex
moteur primaire pendant
l’exécution d’une tâche
11

5. Le contrôle central du mouvement
b. La motricité volontaire
- Le cortex moteur primaire M1-
Singe entraîné à la tâche
Résultats:
1. Force produite par le muscle varie en fonction fréquence de
décharge des neurones du cortex moteur M1
2. Même pour de faibles contraction musculaires: changement
fréquence de décharge
Neurones cortex moteur impliqués dans phase initiale recrutement
motoneurones α
Mouvements exigeant contrôle précis
12

5. Le contrôle central du mouvement
b. La motricité volontaire
Protocole
- 8 directions possibles
- Singe doit amener levier là où
lumière s’allume
- Si ok: récompense
- Le cortex moteur primaire M1 -
Résultats (suite):
3. Activité neurones cortex moteur en relation avec la direction du mouvement
Certains neurones présentent activité qui diminue au fur et à mesure que le
mouvement s’écarte de leur direction préférentielle
13

5. Le contrôle central du mouvement
b. La motricité volontaire
Enregistrement d’un neurone
individuel au cours des
mouvements du bras dans les 8
directions
1 essai par ligne
0 = début du mouvement
Chaque trait = 1 PA
Changement activité électrique
débute avant réalisation du
mouvement et continue après la
réalisation de ce mouvement
- Le cortex moteur primaire M1 -
14

5. Le contrôle central du mouvement
b. La motricité volontaire
- Le cortex moteur primaire M1 -
Fréquence de décharge d’un neurone en
fonction direction du mouvement
Direction préférentielle = pic de la courbe
15

5. Le contrôle central du mouvement
b. La motricité volontaire
- Le cortex moteur primaire M1 -
Dans les années 70, introduction d’une nouvelle technique: spike triggered
averaging ou moyennage déclenché par spike
Permet de situer la décharge d’un neurone par rapport au début de la contraction
d’un muscle
16

5. Le contrôle central du mouvement
b. La motricité volontaire
- Le cortex moteur primaire M1 -
Ont répété l’expérience plusieurs fois en enregistrant toujours le même
neurone cortical et plusieurs muscles, lors d’un mouvement du poignet.
Plusieurs muscles sont sous la dépendance d’un même neurone moteur
cortical
= « champ musculaire » du neurone moteur
En moyenne, pour le poignet, un neurone cortical = 2 à 3
muscles innervés
Neurones corticaux codent mouvement et non muscles
17

5. Le contrôle central du mouvement
b. La motricité volontaire
- organisation fonctionnelle de l’aire 6 -
Penfield stimulation aire 6 induction mouvements
complexes bilatéraux. A démontré que deux types de
représentation somatotopique dans aire 6
Donc deux sous-ensembles:
AMS: aire motrice supplémentaire
APM: aire prémotrice
AMS: contrôle directe musculature distale: action directe sur
motoneurones m. épinière (système latéral)
APM: contrôle musculature proximale: projection sur neurones du
système ventromédian
18

5. Le contrôle central du mouvement
b. La motricité volontaire
- Cortex prémoteur –
Neurones ayant une direction préférentielle
Rôle cortex prémoteur mis en évidence lors de tâches motrices conditionnelles:
Neurones APM augmentent leur décharge dès
présentation de l’indice visuel bien avant
exécution mouvement
Code intention de réaliser un mouvement
Impliqués également dans sélection des
mouvements sur la base d’indices externes.
19

5. Le contrôle central du mouvement
b. La motricité volontaire
- L’aire motrice supplémentaire (AMS) -
-Impliquée dans sélection des mouvements sur la base d’indice interne
Exemple: production de séquences motrices mémorisées, indépendantes de stimuli externes
- Impliquée dans coordination mouvements complexes bilatéraux
Lésion de l’AMS:
réduction des mouvements «spontanés», àdéclenchement interne
Mouvements exécutés en réponse à stimuli externes pas affectés
Lésion CPM:
Détériore la capacité d’exécuter des mouvements sur la base d’indices visuels
conditionnels, c’est-à-dire si un mouvement doit être choisi parmi d’autres
APM et AMS impliquées dans sélection de mouvements spécifiques ou de séquences
motrices à partir du répertoire des mouvements possibles
20

5. Le contrôle central du mouvement
c. Les ganglions de la base
SYSTEMES DESCENDANTS
Cortex moteur
Centres du tronc cérébral
Neurones de circuits locaux
Intégration des afférences motoneuronales
Afférences
sensorielles
CIRCUITS DE LA MOELLE EPINIERE ET DU TRONC
CEREBRAL
GANGLIONS DE LA
BASE
CERVELET
Groupes de motoneurones:
Motoneurones α
Muscles
Pas de projections directes sur
les motoneurones, ni sur
neurones circuits locaux de la
moelle épinière.
Régulent activité neurones
moteurs du cortex et du tronc
cérébral
21

5. Le contrôle central du mouvement
c. Les ganglions de la base
Ganglions de la base =
noyaux gris centraux
Neurones des ganglions de la base actifs
avant et pendant mouvement.
Indispensables au déclenchement normal des
mouvements volontaires
= boucle sous-corticale reliant la plupart des
aires corticales aux neurones moteurs (M1,
AMS, CPM, TC)
22

5. Le contrôle central du mouvement
c. Les ganglions de la base
striatum
+ pallidum
+ substance noire (SN)
+ noyau sous-thalamique (NST)
Pallidum
(GPe GPi)
NST
SN
striatum
thalamus
GPe (externe)
GPi (interne)
23

5. Le contrôle central du mouvement
c. Les ganglions de la base
striatum
Structure d’entrée des informations corticales:
le striatum (caudé et putamen)
Structure de sortie : GPi
GPe
voie
indirecte
NST
(+)
cortex
striatum
(-)
(-)
(+)
voie
directe
(-)
(+)
GPi
(+) = Glutamate
(-) = GABA
(+)
Thalamus
(-)
24

5. Le contrôle central du mouvement
c. Les ganglions de la base
neurone
cortical
striatum
- Voie directe -
GPi
thalamus
Voie directe = lève
inhibition tonique du
thalamus
25

5. Le contrôle central du mouvement
c. Les ganglions de la base
- Voie indirecte -
GPe
voie
indirecte
(+) cortex (-)
NST
(+)
striatum
(-)
(-)
(+)
GPi
Thalamus
Voie indirecte =augmente influences
inhibitrices sur neurones thalamiques
= frein activité voie directe
(-)
26

5. Le contrôle central du mouvement
c. Les ganglions de la base
- Le circuit de la dopamine dans les ganglions de la base -
GPe
NST
cortex
striatum
(-) (+)
SN
GPi
Thalamus
Désinhibition
thalamus
Dans tous les cas, libération de DA dans striatum = diminution influence
inhibitrice GB sur thalamus
27

5. Le contrôle central du mouvement
c. Les ganglions de la base
-La maladie de Parkinson :
-une maladie des ganglions de la base -
Substance noire
Patient parkinsonien Homme sain
28

5. Le contrôle central du mouvement
c. Les ganglions de la base
Tremblements
(30%)
-La maladie de Parkinson :
-une maladie des ganglions de la base -
Rigidité articulaire
akinésie /
bradykinésie
29

5. Le contrôle central du mouvement
c. Les ganglions de la base
GPe
NST
cortex
striatum
(-) (+)
-La maladie de Parkinson :
-une maladie des ganglions de la base -
SN
GPi
Thalamus
Désinhibition
thalamus
GPe
NST
cortex
striatum
SN
GPi
akinésie
Thalamus
Inhibition
thalamus
30

5. Le contrôle central du mouvement
c. Les ganglions de la base
-La maladie de Parkinson :
-une maladie des ganglions de la base -
Traitement: L-dopa = précurseur de la dopamine.
Restore fonction dopaminergiques
Effets secondaires (dyskinésies)
GPe
NST
cortex
striatum
DA
SN
GPi
Thalamus
L-dopa
31

5. Le contrôle central du mouvement
d. Le cervelet
SYSTEMES DESCENDANTS
Cortex moteur
Centres du tronc cérébral
Neurones de circuits locaux
Intégration des afférences motoneuronales
Afférences
sensorielles
CIRCUITS DE LA MOELLE EPINIERE ET DU TRONC
CEREBRAL
GANGLIONS DE LA
BASE
CERVELET
Groupes de motoneurones:
Motoneurones α
Muscles
Comme GB: Pas de projections
directes sur les motoneurones,
ni sur neurones circuits locaux
de la moelle épinière.
Régulent activité neurones
suprasegmentaires
32

5. Le contrôle central du mouvement
d. Le cervelet
= boucle sous-corticale reliant le cortex
cérébral aux neurones moteurs du cortex et du
tronc cérébral (M1, AMS, CPM, TC)
Fonction principale du cervelet:
Détection de « l’erreur motrice » =
différence entre mouvement prévu et
mouvement effectivement réalisé.
Via projection sur neurones moteurs, corrige
cette erreur
33

5. Le contrôle central du mouvement
d. Le cervelet
Cervelet =
- une partie corticale = cortex cérébelleux
- cellules sous-corticales formant les noyaux cérébelleux profonds
34

5. Le contrôle central du mouvement
d. Le cervelet
Cortex cérébelleux = 3 sub-divisions:
Cérébro-cervelet
Vestibulo-cervelet ou lobe flocculo-nodulaire
Spino-cervelet
Cérébro-cervelet: afférences : cortex cérébral.
Régulation des mouvements précis, planification et exécution des
séquences motrices à complexité spatiale et temporelle élevée
Vestibulo-cervelet: afférences: noyaux vestibulaires (TC)
Régulation mouvements à la base de la posture et équilibration
Spino-cervelet: afférences directes de la moelle.
Régule mouvements muscles distaux, mouvements grossiers type
marche
Vermis: partie la plus centrale du spino-cervelet:
Régule mouvements muscles proximaux et mouvements oculaires
exécutés en réponse aux afférences vestibulaires
35

5. Le contrôle central du mouvement
d. Le cervelet
Afférences et efférences du cervelet:
3 faisceaux massifs ou pédoncules
cérébelleux:
pédoncule cérébelleux supérieur
pédoncule cérébelleux moyen
pédoncule cérébelleux inférieur
36

5. Le contrôle central du mouvement
d. Le cervelet
Pédoncule cérébelleux supérieur
Efférent; origine = neurones des noyaux cérébelleux profonds. Projettent
sur neurones moteurs du noyau rouge (faisceau rubrospinal), colliculus
supérieur (faisceau tectospinal), M1 et APM (après relais dans thalamus)
Pédoncule cérébelleux moyen
Voie afférente; Origine = noyaux du pont (=relais infos d’origine corticale)
Pédoncule cérébelleux inférieur
Voie afférentes et efférentes;
Voies efférentes projettent sur noyaux vestibulaires (faisceau
vestibulospinal) et formation réticulée (faisceau réticulospinal).
Voie afférentes: en provenance des noyaux vestibulaires, de la
moelle, tronc cérébral
37

5. Le contrôle central du mouvement
d. Le cervelet
Activité tonique au
repos
Modification mode
de décharge pdt
mouvement
Activité tonique au
repos
Modification mode
de décharge pdt
mouvement
Activité neuronale change continuellement au cours du mouvement
Neurone du cortex cérébelleux
Neurone d’un noyau profond
Neurones répondent à divers aspects de l’activité motrice: contraction ou extension
muscles, position des articulations, directions du mouvement… Dans tous les cas, modification 38
fréquence de décharge neurones

5. Le contrôle central du mouvement
d. Le cervelet
Atteintes du cervelet: perturbe coordination motrice
Mouvements par à-coups et manque de précision
= ataxie cérébelleuse
perte correction erreurs des mouvements en cours
Particularité du cervelet: conséquences lésion sont ipsilatérales à la lésion et
non contralatérales (pas de décussation de l’information)
39

5. Le contrôle central du mouvement
e. conclusion
SYSTEMES
DESCENDANTS
Cortex moteur
Centres du tronc cérébral
Neurones de circuits locaux
Intégration des afférences
motoneuronales
GANGLIONS DE LA
BASE
CERVELET
CIRCUITS DE LA MOELLE EPINIERE ET
DU TRONC CEREBRAL
Afférences
sensorielles
Groupes de motoneurones:
Motoneurones α
Muscles
40