Cerveau au pied, à vous de jouer !
Lors de lésions de la moelle épinière, les voies nerveuses entre le cerveau et les membres sont totalement ou partiellement interrompues. Cela a des conséquences parfois dramatiques sur la représentation du membre concerné dans le cerveau. Des chercheurs de l'ETH ont désormais mesuré dans quelle mesure la représentation correcte est limitée.
Quiconque a déjà été anesthésié localement et a pu assister à l'opération de sa jambe ou de son bras conna?t cette étrange perception. La partie de son propre corps semble à ce moment-là étrangère, comme si elle n'appartenait pas à son propre corps. Cela s'explique notamment par le fait que le cerveau a encore enregistré la position qu'occupait le membre avant l'anesthésie locale. Dès que l'effet de l'anesthésie s'estompe, la hantise dispara?t.
Sentiment d'aliénation persistant
Chez les personnes ayant subi une lésion de la moelle épinière ou une attaque cérébrale, cette "aliénation" de leurs propres membres ne passe cependant pas. En effet, une telle blessure altère ou interrompt la communication entre le cerveau et le corps. Cela affecte la reconstruction anatomique du corps dans le cerveau, ce que l'on appelle la représentation du corps.
En effet, le cerveau et les membres tels que les bras, les jambes, les pieds ou les mains échangent en permanence des données sur la position, l'orientation et l'état, appelées informations somatosensorielles. L'?il participe également à la perception du corps. De son c?té, le cerveau traite ces informations visuelles et somatosensorielles en une image du corps qui est "stockée" dans le cortex cérébral. Parmi les experts et les médecins, la question de savoir si et dans quelle mesure les lésions de la moelle épinière modifient la représentation du corps reste toutefois controversée à ce jour. Les études menées à ce sujet sont contradictoires.
Aujourd'hui, des chercheurs de différentes institutions, codirigés par le professeur de l'ETH Roger Gassert du laboratoire de technique de rééducation, ont apporté un peu plus de lumière sur le sujet gr?ce à une nouvelle étude. Celle-ci vient d'être publiée dans la revue spécialisée "Scientific Reports".
Classer les images du corps dans la tête
Dans le cadre de cette étude, les chercheurs ont examiné, à l'aide d'un test établi, si et dans quelle mesure la représentation du corps chez les paralysés médullaires diffère de celle des personnes en bonne santé.
Pour ce faire, le premier auteur Silvio Ionta a élaboré, pendant son séjour de recherche à l'ETH Zurich, une t?che dans le cadre de laquelle les sujets se sont vu présenter des images de parties du corps étrangères, comme le pied et la main, ainsi que des photos du corps entier. Les sujets ne pouvaient pas voir leurs propres mains et pieds pendant la présentation des images, mais les tenaient soit parallèlement les uns aux autres, soit croisés.
Les sujets - dont onze avec une section complète ou partielle de la moelle épinière et 16 sujets de contr?le avec une moelle épinière intacte - devaient déterminer, à l'aide des images présentées, le c?té du corps ou des parties du corps montrées. Les images ont en outre été présentées dans différentes orientations. Enfin, les chercheurs ont mesuré le temps de réaction entre la présentation de l'image et la réponse verbale. "Ce test nous permet d'évaluer indirectement et de manière objective si et comment le cerveau et les membres communiquent entre eux", explique Gassert.
L'état de la moelle épinière est déterminant
La t?che la plus difficile était celle des sujets ayant subi une section complète de la moelle épinière. Pour évaluer la position et l'orientation de l'ensemble du corps, ils ont mis beaucoup plus de temps - jusqu'à 50 % de temps de réaction en plus - que les sujets dont la moelle épinière était intacte. "Plus la moelle épinière est détruite, plus le temps de réaction pour évaluer les images du corps est important, plus la représentation de l'ensemble du corps dans le cerveau est également modifiée", explique le professeur de l'ETH.
Le cerveau per?oit inconsciemment la position actuelle du corps pendant le visionnage des images et celle-ci influence l'évaluation de l'image. Si la moelle épinière est complètement sectionnée, le cerveau ne re?oit plus que des stimuli visuels. "La représentation du corps est donc perturbée et les personnes concernées ont plus de mal à résoudre la t?che demandée".
Mais les tests ont également permis aux chercheurs d'évaluer dans quelle mesure la paralysie médullaire partielle ou totale influence la représentation des parties du corps montrées. Ainsi, chez tous les sujets, la représentation de la main était inchangée. Si les sujets tenaient leurs propres mains croisées pendant les tests, le temps de réaction augmentait de manière comparable dans les trois groupes.
Cependant, la position des pieds a eu une influence notable sur le temps de réaction. Les sujets souffrant d'une paralysie médullaire complète ont montré un temps de réaction plus court avant de pouvoir formuler leur réponse que les sujets souffrant d'une paralysie partielle et les sujets témoins sains. Cela indique que le cerveau des personnes ayant subi une section complète de la moelle épinière représente le pied différemment de celui des personnes dont le cerveau re?oit encore des informations provenant des membres inférieurs.
Pour Gassert, le fait que des sujets atteints de paralysie partielle ou totale puissent résoudre les t?ches aussi précisément et correctement que des sujets sains signifie également que la représentation dans le cerveau est dynamique et adaptable.
Commander des exosquelettes ou des prothèses par la pensée
Selon Gassert, cette étude a également des répercussions sur la rééducation et la thérapie des personnes atteintes de paralysie médullaire. "En clinique, ce test peut aider à évaluer objectivement le degré de modification de la représentation du corps dans le cerveau", explique le professeur de l'ETH.
Mais il peut aussi imaginer que les connaissances acquises gr?ce à ce procédé de test aident à stimuler les réseaux du cerveau responsables de la représentation du corps et à les maintenir ainsi actifs, ceci également dans la perspective d'éventuelles interfaces homme-machine. Celles-ci pourraient être importantes à l'avenir pour permettre la marche avec des exosquelettes ou des prothèses.
"Cette approche pourrait aider à maintenir la représentation du corps "éveillée" même après une lésion de la moelle épinière. Dans un deuxième temps, cela pourrait servir à générer des commandes mentales de manière standardisée et à déplacer ainsi un exosquelette doté d'une interface cerveau-ordinateur", explique Gassert.
Le test a été développé par l'ancien collaborateur de Roger Gassert, Silvio Ionta, qui travaille désormais à l'Université de Lausanne. L'étude de Gassert a été codirigée par Armin Curt du Centre des paraplégiques de l'H?pital universitaire Balgrist.
Brain Fair
Demain samedi, l'édition de cette année de la page externeBrain Fair du Centre de neurosciences de Zurich s'achève avec un programme de conférences riche et varié. Différents chercheurs de l'Université de Zurich et de l'ETH Zurich donnent des conférences sur la manière dont le mouvement agit sur le cerveau - et inversement. Parmi les intervenants figure le professeur de l'ETH Roger Gassert. Il présentera avec Michelle Starkey (neuroscientifique, clinique universitaire Balgrist), Armin Curt (neurologue, clinique universitaire Balgrist) et William Taylor (ingénieur, ETH) le projet "ZurichMove - des capteurs de mouvement qui vous font bouger". Voir les autres contributions page externeici.
"Brain Fair Zurich 2016 : le mouvement". Samedi 19 mars 2016 ; courtes conférences de 11h00 à 15h20, Auditorium Maximum du b?timent principal de l'ETH, R?mistr. 101.
Cybathlon
Permettre aux paralysés de marcher à nouveau est un rêve de l'humanité. Même si ce rêve n'est pas encore totalement réalisé, il existe aujourd'hui de nombreuses technologies d'assistance qui facilitent le quotidien des personnes souffrant d'un handicap physique. Le rapport de la Commission européenne sur les technologies de l'information et de la communication (TIC) donne un aper?u actuel de ces technologies. Cybathlon.Des personnes souffrant de handicaps physiques s'affrontent à l'aide de technologies d'assistance de pointe. Il s'agit de tester la capacité des participants à effectuer des t?ches quotidiennes à l'aide de prothèses de jambes motorisées, de prothèses de bras portables, d'appareils de soutien (exosquelettes), de fauteuils roulants motorisés, de stimulation électrique des muscles et d'interfaces cerveau-ordinateur innovantes. Ces aides techniques sont en partie des produits commercialisés et en partie des prototypes issus de laboratoires de recherche du monde entier.
Cybathlon, 8 octobre 2016, stade de hockey sur glace Swiss Arena à Kloten.
Référence bibliographique
Ionta S, Villiger M, Jutzeler CR, Freund P, Curt A, Gassert R. Spinal cord injury affects the interplay between visual and sensorimotor representations of the body. Scientific Reports 6, numéro d'article : 20144 (2016) DOI :page externe10.1038/srep20144