cours 22: Contrôle moteur 2/2 Flashcards
Comment les actions sont elles codées/représentées dans le cerveau? Pourquoi est-ce important de comprendre ceci?
⇢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.
Représentation hiérarchique permettant un contrôle distribué
Comment les actions sont elles codées/représentées dans le cerveau?
Deux exemples de codage :
Comment les actions sont elles codées/représentées dans le cerveau?
Singe dé-afférenté
… mais il y a également d’autres formes de codage …
Expérience avec singe qui déplace une barre avec un mouvement du bras et on enregistre l’activité d’un neurone dans le cortex moteur
On enregistre l’activité d’un neurone dans le cortex moteur pendant que le singe déplace une barre avec un mouvement du bras.
Condition a)
La barre est au centre et le singe la déplace vers l’une des 8 cibles périphériques.
Condition b)
La barre est sur l’une des 8 cibles périphériques et le singe la déplace vers le centre.
Conclusion:
L’activité de ce neurone corrèle avec la direction du mouvement.
Exemple d’autre forme de codage:
Pro vs Mid
Qu’est-ce qui est le “Codage par population”?
Codage par population - suite 1
La réponse d’un neurone donné est imprécise; il faut prendre en compte l’activité d’une population de neurones.
On répète cette opération pour d’autre neurones :
Deux neurones voisins dans le cortex moteur n’ont pas exactement la même tuning curve
L’activité de la population reflète de manière fidèle la direction du mouvement (ce qui n’est pas le cas pour un neurone individuel)!
On peut résumer l’activité d’un neurone par un vecteur :
L’orientation du vecteur correspond à la direction « préférée » du neurone (information de la tuning curve).
La longueur du vecteur est déterminée par la fréquence de décharge du neurone (par exemple pendant l’exécution d’un mouvement vers la gauche).
On peut ensuite résumer l’activité de plusieurs neurones (population) en faisant la somme de ces vecteurs (pour un stimulus ou situation donné).
Codage par population - à quoi ça sert?
- L’étude de la dynamique de processus moteurs et cognitifs
- Les prothèses neurales: « lire » l’activité neurale pour piloter un robot.
Codage par population - à quoi ça sert?
- L’étude de la dynamique de processus moteurs et cognitifs
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…
Le codage de la direction du mouvement est présent dans de nombreuses aires du système moteur: il s’agit d’un système qui est facile à interpréter.
Cela ne signifie pas qu’on a compris comment sont codées les actions:
- De nombreux neurones moteurs n’ont pas de préférence pour une direction de mouvement;
- De nombreux neurones ont des préférences qui changent au cours des différentes phases d’un essai.
Il y a actuellement de nombreux travaux sur des interprétations alternatives du code neural des actions motrices.
Marc Churchland et al. (2012)
Marc Churchland et al. (2012) propose une nouvelle approche 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.
Quelques avancées techniques récentes :
⇢Enregistrement multi-électrodes
⇢Algorithmes de décodage (apprentissage artificiel) ⇢Prothèses robotiques
⇢Coûts décroissants et logiciels libres
« Codage par population » , à quoi ça sert?
- Les prothèses neurales: « lire » l’activité neurale pour piloter un robot.
Stabilité et flexibilité du système
quels sont les problèmes?
- électrodes bougent
- cellules meurent / signal perdu
- re-calibrations fréquentes
=> inadapté pour les patients amputés ou paralysés.
Stabilité et flexibilité du système.
128 électrodes dans le cortex moteur primaire du singe
Phase 1
Phase 1: on observe l’activité des neurones quand le singe bouge son propre bras.
Stabilité et flexibilité du système.
128 électrodes dans le cortex moteur primaire du singe
Phase 2
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.
Stabilité et flexibilité du système.
128 électrodes dans le cortex moteur primaire du singe
Phase 3
Phase 3: on mélange aléatoirement le décodeur et on le laisse comme ça.
L’apprentissage moteur
1) Conditionnement classique
Le cervelet joue un rôle dans :
- la génèse de « forward models », i.e. sensori-motor prédictions…
- l’apprentissage moteur via l’apprentissage du timing précis nécessaire à l’exécution d’une action
Dans cet exemple de conditionnement de clin d’oeil, l’animal apprend que le stimulus auditif prédit un jet d’air dans l’œil, il arrive à cligner des yeux (pas de problème moteur), mais il n’arrive pas à apprendre quand exactement aura lieu ce jet d’air.
L’apprentissage moteur
1) L’adaptation prismatique
L’apprentissage moteur
1) L’adaptation prismatique
Exemple: ⇢Participants lancent une balle vers une cible droit devant eux
2) L’Adaptation Prismatique
Patients with infarct
Une lésion du cervelet empêche l’adaptation prismatique.
Le cervelet n’est pas la seule structure impliquée
2) L’Adaptation Prismatique
Quelle autre structure est impliquée dans cette forme d’apprentissage?
tDCS: transcranial direct current stimulation :
On applique un courant qui traverse le cerveau; le site de l’anode augmente en excitabilité ~ plasticité.
Expérience sur l’adaptation prismatique:
L’anode sur le cervelet vs. cortex moteur primaire
2) L’Adaptation Prismatique
Résultats de l’expérience tDCS
Expérience sur l’adaptation prismatique:
L’anode sur le cervelet vs. cortex moteur primaire
3) Le rôle de la dopamine
schéma complet:
depuis la planification jusqu’à l’exécution
