Les régions du cerveau travaillent ensemble pour accomplir des séquences motrices complexes

Jörn Diedrichsen
Jörn Diedrichsen

De nombreuses compétences, comme la dactylographie, jouer d’un instrument ou faire un nœud, reposent sur des séquences complexes de mouvements. Bien qu’il s’agisse d’activités courantes, les chercheurs en sont encore à découvrir comment le cerveau est capable de planifier et d’exécuter tous les mouvements nécessaires pour accomplir ces tâches et d’autres tâches motrices.

Pour mieux comprendre comment les séquences motrices sont représentées dans le cerveau, Atsushi Yokoi, chercheur au CiNet, National Institute of Information and Communications Technology (NICT), et Jörn Diedrichsen, professseur en neuroinformatique à Western University, ont travaillé ensemble pour tracer les séquences de mouvements des doigts.

Avant cette étude, il était communément supposé que les séquences motrices étaient mémorisées dans le cortex moteur primaire, une structure associée à la « mémoire du muscle ». Dans leur étude, publiée le mois dernier dans la revue Neuron, Yokoi et Diedrichsen ont toutefois constaté que les séquences motrices sont représentées dans des régions qui se chevauchent dans les cortex prémoteur et pariétal du cerveau – des régions qui sont plus associées aux processus cognitifs ou et à la pensée.

Pour l’étude, plusieurs niveaux de hiérarchie motrice ont été examinés. Yokoi et Diedrichsen ont utilisé l’imagerie par résonance magnétique fonctionnelle (IRMf) pour mesurer l’activité cérébrale, tandis que les participants ont effectué huit séquences rapides de pressions sur un clavier qu’ils avaient pratiquées. Ces séquences consistaient en quatre ou huit « morceaux » différents composés de deux ou trois pressions de doigts.

Le découpage en morceaux est une façon de décomposer de longues séquences d’éléments ou d’actions pour en faciliter la mémorisation. Par exemple, un numéro de téléphone est composé de façon à ce qu’il soit facile à retenir : indicatif régional – préfixe – numéro de ligne. Ou encore, une pièce musicale est généralement séquencée en petits morceaux, chaque morceau représentant un groupe de notes qui se répètent. En divisant les actions en petits morceaux, il est plus facile de se souvenir et de produire des séquences motrices longues et complexes.

Grâce à une série d’analyses comportementales, Yokoi et Diedrichsen ont découvert que les participants encodaient les séquences selon une hiérarchie à trois niveaux ; (1) les pressions individuelles de doigts, (2) des morceaux constitués de deux ou trois pressions sur les doigts, et (3) des séquences entières constituées de quatre morceaux.

« Se souvenir de huit séquences différentes de 11 pressions de doigt est une tâche difficile, alors[les participants ont dû] les organiser hiérarchiquement », a déclaré Diedrichsen, directeur du noyau informatique de Western BrainsCAN et auteur principal de l’étude.

Seuls les mouvements individuels des doigts (c.-à-d. le niveau le plus bas de la hiérarchie) étaient représentés dans le cortex moteur primaire – la zone qui contrôle les mouvements des doigts. Cependant, les chercheurs ont découvert que des pressions de deux ou trois doigts, ou des séquences entières, étaient représentés dans les cortex prémoteur et pariétal du cerveau. Ceci a montré que ces deux niveaux hiérarchiques sont représentés dans les mêmes régions du cerveau, plutôt que dans des régions différentes du cerveau.

« Les neuroscientifiques ont souvent supposé que chaque niveau de la hiérarchie fonctionnelle se refléterait dans la hiérarchie anatomique « , a déclaré M. Diedrichsen. « Trouver une séparation anatomique entre le contrôle de chaque pression de doigt et l’information de séquence a confirmé ce point de vue. Cependant, le fort chevauchement des niveaux supérieurs de la hiérarchie motrice montre que cette idée n’est pas universellement vérifiée. ”

« On peut dire que le cerveau représente les séquences motrices d’une manière en partie hiérarchique, mais en partie plate « , dit Yokoi. « Bien que son rôle fonctionnel ne soit pas encore clair, le chevauchement anatomique entre les représentations de morceaux et de séquences peut suggérer que ces représentations dans la hiérarchie des mouvements supérieurs peuvent s’influencer les unes les autres pour soutenir la production flexible de séquences.

Les chercheurs espèrent que ces résultats mèneront à une meilleure compréhension des interactions entre la cognition et le contrôle moteur dans l’apprentissage des habiletés motrices. Savoir comment le cerveau représente des mouvements aussi complexes peut éventuellement contribuer à des applications pour les prothèses neurales, ainsi qu’à un algorithme de décodage qui reproduit les mouvements.

Source du texte :

BrainsCAN Communications

https://brainscan.uwo.ca/news/2019/skilled_motor_sequences.html

Traduction: CAN-ACN

Article de recherche original dans Neuron :

Yokoi A, Diedrichsen J. Neural Organization of Hierarchical Motor Sequence Representations in the Human Neocortex. Neuron. 2019 Sep 25;103(6):1178-1190.e7. doi: 10.1016/j.neuron.2019.06.017. Epub 2019 Jul 22.

https://doi.org/10.1016/j.neuron.2019.06.017