12. Contrôle moteur partie 2

Question 1

Comment est l’organisation hiérarchique du contrôle moteur?

Answer 1

o Certains comportements requièrent “uniquement” un contrôle externe
(par ex. les reflexes).
o D’autres nécessitent uniquement un contrôle interne (par ex. dessiner
en l’absence de retour sensoriel).
o La plupart de nos comportements sont soumis à ces deux types de contrôle.

Question 2

Les aires prémotrices sont impliquées dans quoi ?

Answer 2

dans la selection et la planification
d’actions, sur la base d’informations…
o …externes (PMC connecté au parietal lateral) : un hockeyeur qui ajuste
son mouvement à la trajectoire de la balle
o …internes (SMA connectée au frontal median) : une action guidée par
vos préférences ou par sa valeur

Question 3

Quel est l’effet global des ganglions de la base ?

Answer 3

Les ganglions de la base ont un effet globalement
inhibiteur sur le cortex (sortie inhibitrice par le GPi)
• La voie directe diminue cette inhibition et a donc
pour effet d’activer le cortex moteur
• La voie indirecte (plus lente) accentue cette
inhibition

Question 4

Que sécrète la substancia nigra ?

Answer 4

de la dopamine

Question 5

Que peut faire la dopamine ?

Answer 5

, peut
moduler ces 2 voies:
o Activer la voie directe excitatrice (récepteurs D1)
o Inhiber la voie indirecte (récepteurs D2
o Cela permet une forme d’apprentissage moteur
(répétition des actions récompensées)

Question 6

A quelles maladies sont associées des dysfonctions des ganglions de la base ?

Answer 6

maladies de Parkinson et de Huntington

Question 7

Dans la maladie de Parkinson, qu’entraine une dégénérescence de la SNc?

Answer 7

baisse de dopamine dans le striatum

Question 8

Que provoque la baisse de dopamine dans la striatum (Parkinson) ?

Answer 8

⇢Cela provoque une diminution de l’activité
inhibitrice de la voie directe (striatum ->
GPi/SNr) – ainsi qu’une augmentation de
l’activité de la voie indirecte excitatrice, qui n’estplus inhibée par le SNc.
⇢Le GPi /SNr recevant moins d’inhibition, son
activité inhibitrice sur le thalamus augmente
⇢Cela provoque une diminution d’activité du
cortex moteur et donc une diminution
(akinésie) ou un ralentissement
(bradykinésie) des mouvements
+ rigidité et tremblements de repos (triade ART)

Question 9

Quel voie est atteinte dans la maladie de Huntington ?

Answer 9

la voie indirecte (origine
génétique)
⇢L’effet inhibiteur du striatum sur le GPe diminue
⇢Etant moins inhibé, l’influence inhibitrice du Gpe
sur le STN augmente
⇢Le STN étant plus fortement inhibé, il ne peut
plus activer la GPi
⇢L’effet inhibiteur du GPi sur le Thalamus
diminue

Moins d’inhibizion du GPe, on va diminuer l’effet de la voie indirecte, et renforcer l’activité du cortex et induire des mouvements qui sont moins contrôlés.

Question 10

Que provoque la maladie de Huntington ?

Answer 10

e augmentation de
l’activité du cortex moteur et donc des
mouvements brusques et involontaires
(chorée)

C’est une maladie neurodégénérative, on peut pas bloquer ça mais on peut compenser.

Question 11

Quels sont les moyens utilisés pour améliorer les symptômes de Parkinson ?

Answer 11

on donne des précurseurs dopaminergiques.

Il y a aussi un autre moyen, basé sur la stimulation du noyau sous-thalamique.

Question 12

En quoi consiste le moyen basé sur la stimulation du noyau sous-thalamique ?

Answer 12

⇢Les enregistrements EEG chez le sujet sain montrent des oscillations bêta (15-30 Hz) prononcées dans les régions corticales sensori-motrices.
⇢Ces oscillations diminuent lors de l’initiation d’un mouvement
⇢Les patients Parkinsonniens présentent une augmentation des oscillations bêta, qui est corrélée à la sévérité de la bradykinésie
⇢La stimulation haute fréquence du NST permet de supprimer l’activité Bêta
et cette suppréssion est corrélée avec l’amélioration des symptomes

Ds le ganglion de la base, oscillation béta, directement liée à l’initiation du mvt.
Plus ces ondes sont importantes, et moins on a de mouvement initiés.
On peut restauré ces oscillations qui sont en excès chez les patients parkinsoniens. En stimulant le noyau sous-thalamique, on peut augmenter l’activité des neurones et rétablir un fctionnement normal des ganglions de la base.

Question 13

Quels sont les effets de cette thérapie ?

Answer 13

Les effets sont variables.
Cette thérapie est réservé à ceux qui ont bien réagit au traitement en début de maladie. Ça ne marche pas chez tout le monde mais quand ça marche, il y a un arrêt presque complet des symptômes.

Question 14

Comment les actions sont elles codées/représentées dans le cerveau?

Answer 14

⇢ Il y a de nombreuses formes de représentation.
⇢ Les identifier et les comprendre permettra:
1) de mieux comprendre le rôle que jouent différentes aires dans le
contrôle moteur
2) de les interpréter pour piloter par exemple un bras robot.

Question 15

Comment les actions sont elles codées/représentées dans le

cerveau?

Answer 15

Deux exemples de codage :
Codage de trajectoires
Codage de la position finale

Si le petit personnage doit aller sur le rond bleu, on peut utiliser le clavier ou alors cliquer avec la souris -> deux types de codages très différent.

Question 16

Expérience :
Un singe dé-afférenté (Un singe dé-afférenté ne reçoit plus d’information sensorielle et n’a plus de repère proprioceptif. ) est entraîné à pointer vers une cible lumineuse dans le noir. On enregistre la position de son bras et l’activité de ses muscles (EMG).
Puis, on regarde ce qu’il se passe quand on
applique une force opposée au début du
mouvement.

Résultats ?

Answer 16

Contrôle : Mouvement d’extension et de flexion et ensuite le bras ne bouge plus
On enregistre l’activité du biceps.
Quand le bras est arrivé à sa position, l’activité diminue.

Qd on empêche le bras de bouger, l’animal ne sent pas que son bras ne bouge pas, il ne sent pas la force opposée, mais quand on enlève la force, le brase se déplace et atteint la position finale.
Le fait que l’animal arrive à pointer alors qu’il n’a aucun retour sensoriel, ça suggère qu’il a pu uniquement générer une commande qui détermine la position finale.
Donc ce qui est codé c’est l’endroit où le bras doit aller et non pas la quantité de contractions musculaires.

Question 17

Comment s’appelle le codage dans l’expérience avec le singe ?

Answer 17

ÞCodage de la position finale ou « endpoint control »

et non pas de la durée du mouvement, de l’intensité des contractions musculaires, …

Question 18

Quels sont d’autres formes de codages ?

Answer 18

on peut reproduire…

• une distance
• une trajectoire, etc.

Question 19

Quel est le problème du codage par trajectoire ?

Answer 19

les imprécisions s’accumulent
quand on réalise une séquence de pointages.

Dans ce type de codage, si on doit pointer successivement à différents endroits, on va accumuler les erreurs.
En gris ce sont les erreurs de précision.
Le fait qu’on code une trajectoire ou une direction et non pas une position finale, l’erreur sur le point d’arriver 1 va se propager sur le 2, et ainsi de suite.
Le codage en position finale permet d’éviter ce genre de phénomène.

Question 20

Expérience :

Deux conditions :

• Animal va avoir un joystick au centre, qu’il doit pousser ou tirer vers une des directions. Il doit déplacer le joystick vers une des directions.
• l’animal doit prendre le joystick qui se trouve à la périphérie et de le ramener au centre.

Pars de la périphérie vers le centre ou du centre vers la périphérie selon la condition mais la direction reste le même

On regarde le PA. Quels sont les résultats ?

Answer 20

Le mvt qui donne le plus de PA part du haut et va vers la bas, dans les deux cas.
Donc ce neurone code une direction de mouvement.

Question 21

Attention, il n’y a pas QUE un codage de la direction;

il existe d’autres formes de codage! Lequel par exemple ?

Answer 21

dans le cortex moteur on trouve des neurones qui codent plus spécifiquement pour certaines patterns de contractions musculaires!

Neurones qui codent pour des pattern spécifiques de contractions musculaires.

Question 22

Qu’est-ce que le phénomène de répétition suppression ?

Answer 22

Qd on va répéter un stimulus, la 2e fois qu’on le présente, le cerveau voit moins y répondre car se sont adaptés à ce stimulus. On peut quantifier cela.

Question 23

Expérience sur la répétition suppression :

on regardé si une région répond moins qd on répète un stimulus.
Ils ont pu dissocier la répétition du mouvement.

Couvercle où on peut pousser ou tirer le couvercle pour ouvrir ou fermer la boîte.

Stimulus qui fait le même geste : tirer le couvercle, mais dans un cas, ça ferme la boîte et dans l’autre ça ferme.
Dans d’autres situations, mouvement différent mais même effet : tirer ou pousser pour fermer.

En y c’est le pourcentage d’habituation. Moins l’autre a répondu à la 2e présentation, et plus la barre a été élevée donc sensibilité à la répétition.

Résultats ?

Answer 23

La RS est plus forte…
…dans le Gyrus Frontal Inférieur gauche pour le mouvement
…dans le Lobule Parietal Inférieur droit pour l’effet

Au niveau frontal, on a des régions qui s’habitue plutôt au type de mouvement. Et au niveau des régions pariétales : habituation plutôt au but du mouvement.

Question 24

Que fait on pour coder la préférence d’un neurone ?

Answer 24

Pour chaque direction de mouvement on
enregistre le taux de réponse de la cellule et
on construit la « tuning curve = courbe
d’accord

Cette courbe montre la sensibilité du neurone à différents mouvements.

Question 25

Comment est la précision du codage d’un seul neurone ?

Answer 25

La réponse d’un neurone donné est
imprécise; il faut prendre en compte
l’activité d’une population de neurones

Incertitude assez importante avec un seul neurone, de la direction vers laquelle l’animal bouge.

Question 26

Que fait-on pour coder une population de neurones ?

Answer 26

On répète cette opération pour d’autres neurones :
Deux neurones voisins dans le cortex
moteur n’ont pas exactement la
même « tuning curve »

Si on enregistre une population de neurones, il y a des pics à des endroits différents.

Question 27

Que se passe-t-il si on a 2 cellules, une a une réponse max à 180° et l’autre à 90° ?

Answer 27

On va pouvoir se demander quel est le vecteur de population.

Si l’animal veut faire un mouvement vers 190°, forte activité du neurone violet, représentée par un long déplacement vers la gauche (flèche violette), et faible activité de celui en vert.
De ces 2 vecteurs, il y a la résultante.

Question 28

L’activité de la population reflète quoi ?

Answer 28

la direction du

mouvement (ce qui n’est pas le cas pour un neurone individuel)

Question 29

On peut résumer l’activité d’un neurone par un vecteur, quel est son orientation et sa longueur ?

Answer 29

• L’orientation du vecteur correspond à la direction
« préférée » du neurone: la direction qui donne lieu à
la décharge maximale pour ce neurone (tuning curve).
• La longueur du vecteur est déterminée par la
fréquence de décharge du neurone dans la direction
du mouvement à effectuer (par ex. vers la gauche)

Question 30

A quoi sert le codage par population ?

Answer 30

1. L’étude de la dynamique de processus moteurs et cognitifs
2. Les prothèses neurales: « lire » l’activité neurale pour piloter un robot.

Question 31

Que se passe-t-il entre le moment où on dit à l’animal vous aller devoir faire ce mouvement, et le moment où on dit go ?

Answer 31

il y a une préparation du mouvement.

Le vecteur de population va se modifier au cours du temps pour devenir de plus en plus proche de la direction dans laquelle l’animal va bouger.
Donc avant même que l’animal bouge, on peut prédire à quel endroit on lui a demandé de se déplacé

Le vecteur de population informe sur le déroulement en temps réel de la
préparation motrice; pendant toute cette
période il n’y a aucun comportement
observable, ni d’activité EMG!
On pourrait prédire l’action que va faire
l’animal avant qu’il ne débute l’action…

Question 32

Expérience :

On enregistre ici 2 cellules, cellule en rouge qui répond à des mouvements vers le point rouge de l’espace, et une bleue
L’animal fixe la croix et on lui dit de préparer un mouvement. Si indice en rouge, il doit faire un mouvement vers la cible rouge.

Il y a une phase d’incertitude : il y aura 2 mouvements possibles, ensuite on dit, vous aller devoir bouger vers cette couleur, et ensuite on lui dit fait une saccade vers la cible.

Résultats ?

Answer 32

Tant que l’animal ne sait pas vers quel endroit il doit bouger, les 2 cellules sont relativement actives : les deux mouvements sont préparées -> plusieurs plans d’actions
Ensuite on donne l’indication de quel mouvement il devra effectué : activité cellule rouge s’amplifie avant même l’exécution du mouvement. Sélection de l’info par renforcement du neurone rouge et inhibition de celui qui code pour la mauvaise direction.

Question 33

La nouvelle approche de Marc Churchland et al. (2012) est centrée sur quoi ?

Answer 33

centrée sur les propriétés dynamiques des neurones, qui passent d’un état à un autre.
Ses travaux montrent que la fonction et les propriétés des
neurones varient au cours du mouvement, et suggèrent donc que le codage dépend du timing et du contexte.

Question 34

Expérience :

Décodeur qui part du principe que le taux de décharge est proportionnel à la direction préférée.

Il y a un autre décodeur qui part du principe que les préférences peuvent changer au cours du temps.

On a essayé ensuite de prédire le mvt de l’animal à partir des 2 décodeurs.

Résultats ?

Answer 34

Les 2 décodeurs marchent mieux chez le singe 1.

Le décodeur non linéaire, abstrait, fonctionne mieux chez les deux singes.

Question 35

Quelles sont les avancées techniques récentes?

Answer 35

⇢ Enregistrement multi-électrodes
⇢ Algorithmes de décodage (Machine Learning / Articitial Intelligence)
⇢ Prothèses robotiques
⇢ Coûts décroissants et logiciels libres

Question 36

Comment est la récupération après lésion motrice avec un traitement pharmacologique ?

⇢Induction de lésions corticales et mesure des performances motrices (récupération)

Qd on a un infarctus dans les régions motrice, excès d’inhibition autour de la région de la lésion. Cette inhibition est liée à la récupération.
Les auteurs induisent des lésions chez la souris et ensuite vont étudier l’effet de différents traitement sur la récupération après ces lésions.

Answer 36

⇢On observe une augmentation de l’inhibition
dans la région péri-infarctus
⇢Récupération comportementale après
réduction de l’inhibition tonique par diminution
de l’efficacité du GABA

Taux de fautes motrices.

Les animaux contrôle, avec placebo, pas d’effet
Animaux contrôles sont lésion, pas d’effet ???

Qd lésion motrice si placebo, la lésion augmente l0inhibition et sous placebo ça ne se résorbe pas très vite.
Si on donne une faible dose de traitement, amélioration clinique qui est meilleure, moins d’effets de la lésion.
Et si on augmente la dose, récupération encore meilleure.

Question 37

Comment fonctionnent les prothèses neurales ?

Expliquer les 3 phases de test sur la souris

Answer 37

lire l’activité neuronale pour « piloter » un robot

Phase 1 :Animal qui peut boire, et il doit actionner une levier, qui fait pivoter un bras qui le permet d’accéder à la pipette.
Dans la premier phase, il apprend à utiliser ce mécanisme et on enregiste l’activité de son cerveau et détecter quelle est l’activité qui correspond au mouvement du levier pur faire bouger le bras.

Phase 2 : On teste l’algorithme. On regarde si finalement, à partir de l’activité cérébrale, on peut faire bouger le levier. Ce n’est plus l’animal qui fait bouger le bras mais l’activité cérébrale ???

Phase 3 : On enlève le levier et simplement qd l’animal image qu’il touche le levier, l’activité cérébral associée à cette intention suffit à faire bouger le levier.

Question 38

Expérience :
on demande de faire bouger le point vers qui bouge uniquement par l’activité cérébrale. Le but est de récupéré de sac de billet.
-> capacité de commander un jeu vidéo

Résultats ?

Answer 38

Le patient obtient des 
performances 
supérieures à la chance
(---) pour bouger un 
bras virtuel (---) ou son 
propre bras (ooo); les 
couleurs correspondent 
à des essais et jours
différents.

Question 39

Quels sont les problèmes des bras robotisés ?

Answer 39

• électrodes bougent
• cellules meurent / signal perdu
• re-calibrations fréquentes
  => inadapté pour les patients amputés ou paralysés.

Question 40

Expérience :
128 électrodes dans le cortex moteur primaire du singe

Phase 1: on observe l’activité des neurones quand le singe bouge son propre bras.

Phase 2: on utilise les neurones stables pour créer un décodeur.
Ce décodeur lit l’activité dans le cortex moteur du singe et pilote un bras robot.

Résultats?

Answer 40

Première phase pendant laquelle la personne apprend. Au début elle n’arrive pas et au bout d’une dizaine de jour, la personne arrive à effectuer les mouvements avec une bonne précision.
À partir du 9e jour, c’est relativement stable.

Question 41

Même expérience mais phase 3 : : on mélange aléatoirement le
décodeur et on le laisse comme ça.
l’activité avant vers le haut est p.ex. mtn associé à un mvt vers la droite.

Résultats ?

Answer 41

près le mélange de ce code, on voit que l’animal ne peut plus faire d’essais correcte, mais en peu de temps, l’animal a réappris à réutiliser le décodeur qui avait été mélangé.
-> le fonctionnement des neurones s’est modifiés de sorte que le décodeur puissent commander correctement les neurones.

Question 42

Expérience sur l’adaptation prismatique.

Tâche de pointage.
Contrôle : pointer vers de cibles qui apparaissent, et après apprentissage, capacité de pointer avec grande précision.

Expé ; on perturbe le phénomène, on demande de porter des lunettes prismatiques (on utilise ça chez les héminégligent). Ça décale ce qu’il y a à gauche vers la droite

Résultats ?

Answer 42

Au bout d’un moment, la personne est capable de corriger le pied des lunettes.
On va étudier comment le code cérébral s’est modifié.
Qd on réenlève les lunettes, d’une fois qu’on a appris à décaler vers la gauche, il va pointer à gauche.

Donc d’abord personne précise.

Lunettes : dévie, tendance à répondre plus à gauche.
Et qd on enlève les lunettes, extinction de l’apprentissage, ce qu’on vient d’apprendre s’estompe pour revenir à un fonctionnement normal.

Question 43

La lésion de quoi empêche l’adaptation prismatique ?

Answer 43

lésion du cervelet

Question 44

Qu’est-ce que la tDCS (transcranial direct current stimulation) ?

Answer 44

On applique un courant qui traverse le cerveau; le site de l’anode
augmente en excitabilité ~ plasticité; (le site sous la cathode est inhibé)

Question 45

Quel est l’effet de la tDCS sur le cervelet ?

Answer 45

La tDCS sur le cervelet accélère l’apprentissage.
⇢Le cervelet est impliqué dans l’apprentissage d’un nouveau « mapping »
(apprentissage par erreur)

Question 46

Quel est l’effet de la tDCS sur M1 ?

Answer 46

La tDCS sur M1 prolonge la rétention.
⇢Le cortex moteur est impliqué dans la consolidation de ce nouveau
« mapping » (long-term retention)

Question 47

Expliquer le forward model avec l’exemple de se chatouiller

Answer 47

Qd on envoie une commande motrice, on envoie une copie de cette efférence au niveau des régions sensorimotrices, permettant de prédire la conséquence de cette action.
Donc qd on se chatouille, on sait quelle sensation on va ressentir, et on va pouvoir comparer notre prédiction et notre sensation. S’il n’y a pas de différence, pas de chatouillement

Si qqn d’autre nous chatouille on n’a pas la copie d’efférence et on puet pas prédire la sensation, donc cette différence entre la prédiction et la sensation va créer de la surprise et participer à l’adaptation et à l’apprentissage.

Question 48

Donc la prédiction est une propriété de qui ?

Answer 48

La prédiction est une
propriété commune à toutes les aires cérébrales (qui
pratiquent une forme de
pattern-matching).
Une des particularités du cervelet réside dans la précision temporelle de ses prédictions.

Question 49

Qu’est-ce que les neurones miroirs ?

Answer 49

ces neurones répondent de la même façon quand on observe quelqu’un faire une
action ou quand on réalise cette action soi-même.
-> Ils déchargent quand l’animal fait une action mais aussi quand il regarde une action.

Parmi ces neurones certains répondent à
« l’idée » d’une action, qu’elle soit présentée
de manière visuelle c), auditive d), ou même
évoquée par le contexte (embodied cognition
ou « cognition incarnée »

Question 50

Que se passe-t-il pour des basketteurs pro as lorsqu’ils observent un joueur faire un
lancer franc vs tirer un penalty ?

et un novice ?

Answer 50

Les basketteurs professionnels montrent une augmentation de l’activité musculaire (EMG) au niveau du bras lorsqu’ils observent le joueur faire un lancer franc (b) mais pas quand le joueur tire un penalty (c)
⇢Des novices ont une activité plus faible dans les 2 conditions