Rapport académique

Introduction

Le cortex moteur est depuis longtemps au centre de la recherche sur le contrôle moteur, en se concentrant principalement sur son rôle dans l’exécution active des mouvements. Cependant, chez l’humain, même en l’absence de mouvement réel, le cortex moteur s’active lors de l’imagerie motrice. Des études comportementales et d’imagerie antérieures ont confirmé ce phénomène, mais la manière dont les modèles d’activité spécifique et les dynamiques temporelles du cortex moteur dans l’imagerie motrice latente se rapportent à ceux de l’exécution motrice réelle reste un mystère non résolu. Dans cet article, les auteurs explorent cette question en enregistrant l’activité intracorticale de deux patients ayant une lésion de la moelle épinière lors de l’exécution et de l’imagination d’un mouvement d’extension isométrique du poignet.

Source de l’article

Cet article a été publié en avril 2024 dans la revue « Nature Human Behaviour », sous le titre « Motor cortex retains and reorients neural dynamics during motor imagery ». Les auteurs incluent Brian M. Dekleva, Raeed H. Chowdhury, Aaron P. Batista, Steven M. Chase, Byron M. Yu, Michael L. Boninger et Jennifer L. Collinger, provenant respectivement de l’Université de Pittsburgh, de Carnegie Mellon University, et d’autres institutions.

Détails de l’étude

Processus de recherche

Pour examiner les différences d’activité dans le cortex moteur entre les mouvements réels et imaginés, l’équipe de recherche a conçu une tâche d’extension isométrique du poignet. Les participants devaient effectuer une extension du poignet réelle et imaginée dans un cadre fixe. Le processus expérimental comprend les étapes suivantes :

1. Configuration de l’expérience : Les participants placent leur main dans un dispositif fixe équipé d’un capteur de force et observent une barre horizontale indiquant la force cible. Ils doivent générer la force correspondante selon les instructions.
2. Collecte des données : Des essais de mouvements réels et d’imagerie motrice sont réalisés, chaque essai comprenant 36 mouvements et 36 imageries, collectant l’activité électrique de certaines zones du cortex moteur.
3. Traitement de l’activité neuronale : Une analyse en composantes principales (ACP) préliminaire réduit les dimensions des données d’activité neuronale enregistrées pour extraire des sous-espaces neuronaux significatifs.

Principaux résultats

Les résultats montrent que l’activité collective du cortex moteur peut être décomposée en trois sous-espaces orthogonaux :

1. Sous-espace partagé : Actif aussi bien pendant le mouvement réel que pendant l’imagerie motrice.
2. Sous-espace unique à l’action : Actif uniquement pendant le mouvement réel.
3. Sous-espace unique à l’imagerie : Actif uniquement pendant l’imagerie motrice.

Les caractéristiques dynamiques neurales à l’intérieur de ces sous-espaces présentent des similarités significatives, en particulier entre les sous-espaces unique à l’action et unique à l’imagerie, malgré le fait qu’ils résident dans des dimensions neuronales orthogonales. Pendant l’imagerie motrice, le cortex moteur maintient une dynamique collective similaire à celle présente durant l’exécution réelle, mais redirige les composants liés à la sortie vers un sous-espace spécial nul (output-null). Cela implique que pendant l’imagerie motrice, les caractéristiques dynamiques utilisées pour le contrôle et le feedback moteur dans le cortex moteur sont réorientées vers un espace unique n’engendrant pas de sortie réelle.

Principales conclusions

Les résultats indiquent que le cortex moteur peut conserver une structure dynamique neuronale similaire à celle de l’exécution réelle pendant l’imagerie motrice, offrant ainsi un outil de pratique simulée bénéfique pour le système moteur. Cette caractéristique de conservation de la structure dynamique neuronale globale pourrait être due à la réorientation de l’activité du cortex moteur vers des dimensions orthogonales sans sortie réelle pendant l’imagerie motrice.

Points forts de la recherche

1. Méthode innovante : Cette étude réussit à isoler les composants neuronaux distincts du mouvement réel et de l’imagerie motrice en réduisant et décomposant l’activité neuronale collective en trois sous-espaces orthogonaux.
2. Soutien des données : Les preuves expérimentales indiquent que le cortex moteur maintient la dynamique neuronale globale de l’exécution motrice lors de l’imagerie motrice, offrant une nouvelle perspective sur le rôle du cortex moteur dans le contrôle des mouvements.
3. Perspectives d’application : Ces découvertes ont des implications importantes pour la réhabilitation motrice et les technologies d’interface cerveau-machine, suggérant que l’imagerie motrice peut produire des effets similaires à l’entraînement de mouvements réels, offrant ainsi une possibilité d’amélioration des fonctions motrices.

Informations supplémentaires

Les lecteurs intéressés par les détails et les données de recherche peuvent consulter la version en ligne de l’article et les informations supplémentaires. Les sources de code et les dépôts de données des auteurs (tels que sur GitHub) sont également accessibles pour obtenir des informations pertinentes.

Conclusions et valeur

Cet article révèle non seulement comment le cortex moteur conserve la structure dynamique neuronale pendant l’imagerie motrice, mais montre également que l’activité pendant l’imagerie motrice est redirigée vers un espace sans sortie réelle. Cette découverte enrichit notre compréhension de la fonctionnalité du cortex moteur et offre de nouvelles possibilités pour les progrès en réhabilitation et technologie d’interface cerveau-machine. Les résultats montrent que l’imagerie motrice et le mouvement réel partagent certains mécanismes neuronaux, ce qui signifie que l’imagerie motrice peut servir d’alternative ou de complément à l’entraînement de mouvements réels, ayant une application significative pour les groupes ayant des barrières aux mouvements réels.