Pendant des décennies, les scientifiques se sont demandé pourquoi des cellules spécifiques du cerveau qui contrôlent le feu de mouvement lorsque les gens planifient ou imaginent simplement faire un mouvement, ou observent quelqu'un d'autre faire un mouvement – mais ne se déplacent pas réellement.
Maintenant, les scientifiques de l'Université de Chicago travaillant sur ce mystère ont découvert que les signaux dans le cortex moteur agissent comme une série d'embrayages quand il s'agit de bouger, et que ces signaux peuvent être perturbés pour ralentir l'initiation du mouvement du cerveau.
Les résultats, publiés dans la revue Neuron, pourrait potentiellement conduire un jour à des traitements pour les personnes atteintes de la maladie de Parkinson, un trouble du mouvement.
Ce travail fournit la première preuve que les schémas cérébraux à grande échelle et spatialement organisés sont pertinents sur le plan du comportement. «
Nicho Hatsopoulos, Ph.D., neuroscientifique, professeur de biologie et d'anatomie des organismes et auteur principal de l'étude
On sait depuis longtemps que lorsqu'une personne pense ou planifie un mouvement, les neurones se déclenchent dans le cortex moteur et créent un signal appelé oscillation bêta. Hatsopoulos compare la fonction de ce signal à un embrayage dans une voiture avec une transmission manuelle: si vous appuyez sur une pédale d'embrayage, puis appuyez sur le gaz, le moteur de la voiture tournera – mais il ne bougera pas parce que la voiture n'est pas engrenage. De même, si vous imaginez simplement bouger votre bras ou observez quelqu'un d'autre bouger son bras, ce signal dans votre cortex moteur est maintenu ou même s'intensifie – mais vous ne bougez pas votre bras. Ce n'est que lorsque vous êtes prêt à bouger que les oscillations bêta cessent – essentiellement, l'embrayage engage le moteur à la transmission de la voiture – et votre bras bouge.
Hatsopoulos et son équipe ont découvert que ce signal « d'embrayage '' dans le cortex moteur est mieux compris non pas comme un, mais plutôt comme plusieurs embrayages qui s'engagent dans un modèle spatial organisé qui peut commencer à chaque extrémité du cortex moteur et se terminer à l'autre. Chaque fois qu'un mouvement est initié, cette vague organisée d'embrayages – en réalité, des groupes de neurones de tir – s'engage.
« Bien que ce mécanisme de type embrayage ait déjà été observé sur des sites uniques dans le cortex moteur, nous avons découvert que l'initiation du mouvement est associée à une vague se propageant d'embrayages à travers la surface corticale », a déclaré Hatsopoulos. « De plus, nous avons fourni la première preuve causale que cette vague est une condition nécessaire à l'initiation du mouvement. »
Les chercheurs ont étudié trois singes macaques rhésus récompensés par du jus à chaque fois qu'ils gagnaient un jeu vidéo. Le jeu obligeait les singes à utiliser un joystick pour déplacer un curseur sur un écran vers une cible. Des électrodes implantées dans la zone bras / main du cortex moteur des singes ont enregistré l'activité neuronale du mouvement du bras impliqué dans la manipulation du joystick.
En microstimulant électriquement plusieurs sites dans la zone bras / main du cortex moteur pour créer des vagues de stimulation, les chercheurs ont pu perturber le temps de réaction des singes dans certaines conditions. Lorsqu'ils ont appliqué la stimulation d'une manière qui suivait la vague naturelle des griffes se relâchant, l'initiation du mouvement du singe est restée inchangée. Mais quand ils ont stimulé les cellules dans la direction opposée de l'onde, le temps de réaction a ralenti.
« Cette étude fournit pour la première fois une caractérisation de ce mécanisme de type embrayage sur une base d'essai par essai », a déclaré Karthikeyan Balasubramanian, Ph.D., chercheur principal au Département de biologie et d'anatomie des organismes, qui a dirigé le étude. « De plus, nos résultats de stimulation suggèrent que nous perturbons causalement la dynamique neuronale ondulatoire lorsque nous stimulons contre l'onde naturelle qui est liée à l'initiation du mouvement. »
L'approche de stimulation pourrait peut-être un jour aider les personnes atteintes de maladies comme la maladie de Parkinson en les aidant à initier un mouvement grâce à une stimulation électrique organisée dans le temps et dans le temps des électrodes dans leurs cortex moteurs. Surtout, cette nouvelle approche de stimulation peut être utile pour comprendre les schémas neuronaux à grande échelle dans tout le cerveau.
L'équipe étudie actuellement si des modèles similaires de signaux se produisent dans le cortex moteur lors du déplacement de la langue et si l'initiation du mouvement de la langue peut également être manipulée par microstimulation.
La source:
Centre médical de l'Université de Chicago
Référence de la revue:
Balasubramanian, K., et al. (2020) La propagation de la dynamique corticale motrice facilite l'initiation du mouvement. Neuron. doi.org/10.1016/j.neuron.2020.02.011.
