Un réseau d’action somatocognitive alterne avec des régions effectrices dans le cortex moteur
Résumé On pense que le cortex moteur (M1) forme un homoncule somatotopique continu s’étendant à travers le gyrus précentral, du pied aux représentations faciales, malgré la présence de zones fonctionnelles concentriques et de cartes d’action complexes. Ici, en utilisant des méthodes d’imagerie par résonance magnétique fonctionnelle (IRMf) de précision, nous constatons que l’ homoncule classique est perturbé par des régions ayant une connectivité, une structure et une fonction distinctes, alternant avec des zones spécifiques aux effecteurs (pied, main et bouche). Ces régions inter-effectrices présentent une épaisseur corticale réduite et une forte connectivité fonctionnelle entre elles, ainsi qu’avec le réseau cingulaire-operculaire (CON), essentiel à l’action et au contrôle physiologiques, à l’éveil, aux erreurs et à la douleur. Cette interdigitation des régions effectrices motrices et celles liées au contrôle de l’action a été vérifiée dans les trois plus grands ensembles de données IRMf. Ces résultats, ainsi que des études antérieures démontrant des actions complexes évoquées par la stimulation et la connectivité avec des organes internes tels que la médullosurrénale, suggèrent que M1 est marqué par un système de planification d’action pour l’ensemble du corps, le réseau d’action somatocognitive (SCAN). . En M1, deux systèmes parallèles s’entrelacent, formant un schéma d’intégration-isolement : des régions effectrices spécifiques (pied, main et bouche) pour isoler le contrôle moteur fin et le SCAN pour intégrer les objectifs, la physiologie et les mouvements du corps. |
L’homoncule interrompu, un modèle intégré-isolé d’action et de contrôle moteur. a, l’homoncule classique de Penfield (adapté de la référence 2), représentant une carte continue du corps dans le cortex moteur primaire. b, Dans le modèle intégré-isolé de l’organisation M1, les zones fonctionnelles spécifiques aux effecteurs (pied (vert), main (cyan) et bouche (orange)) sont représentées par des anneaux concentriques avec des parties du corps proximales entourant celles relativement distales. plus isolant (doigts, orteils et langue). Les régions inter-effectrices (marron) se situent aux points d’intersection de ces champs, faisant partie d’un réseau d’action somato-cognitive pour le contrôle intégratif et allostatique de l’ensemble du corps. Comme pour le dessin original de Penfield, ce diagramme est destiné à illustrer les principes organisationnels et ne doit pas être surinterprété comme une carte précise.
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Corps calme, esprit calme, disent les praticiens de la pleine conscience. Une nouvelle étude menée par des chercheurs de la faculté de médecine de l’université de Washington à Saint-Louis indique que l’idée selon laquelle le corps et l’esprit sont inextricablement liés est plus qu’une simple abstraction. L’étude montre que les parties de la zone cérébrale qui contrôlent les mouvements sont connectées à des réseaux impliqués dans la pensée et la planification, ainsi que dans le contrôle des fonctions corporelles involontaires telles que la tension artérielle et le rythme cardiaque. Les résultats représentent un lien littéral entre l’esprit et le corps dans la structure même du cerveau.
La recherche, publiée le 19 avril dans la revue Nature , pourrait aider à expliquer certains phénomènes déroutants, tels que la raison pour laquelle l’anxiété donne envie à certaines personnes de faire les cent pas ; pourquoi la stimulation du nerf vague , qui régule les fonctions des organes internes telles que la digestion et la fréquence cardiaque, peut soulager la dépression ; et pourquoi les personnes qui font régulièrement de l’exercice rapportent une vision plus positive de la vie.
"Les gens qui méditent disent qu’en calmant leur corps avec des exercices de respiration, ils calment également leur esprit", a déclaré le premier auteur Evan M. Gordon, PhD, professeur adjoint de radiologie à l’Institut de radiologie Mallinckrodt de l’École de médecine. « Ce genre de pratiques peut être très utile pour les personnes souffrant d’anxiété, par exemple, mais jusqu’à présent, il n’y avait pas beaucoup de preuves scientifiques de leur fonctionnement. Mais maintenant, nous avons trouvé un lien. Nous avons trouvé l’endroit où la partie hautement active et orientée vers un objectif de votre esprit se connecte aux parties du cerveau qui contrôlent la respiration et la fréquence cardiaque. "Si vous calmez l’un, cela devrait absolument avoir des effets de retour sur l’autre."
Gordon et l’auteur principal Nico Dosenbach, MD, PhD, professeur agrégé de neurologie, n’ont pas cherché à répondre à des questions philosophiques de longue date sur la relation entre le corps et l’esprit. Ils ont entrepris de vérifier la carte établie de longue date des zones cérébrales qui contrôlent le mouvement, à l’aide de techniques modernes d’imagerie cérébrale.
Dans les années 1930, le neurochirurgien Wilder Penfield, MD, a cartographié ces zones motrices du cerveau en délivrant de petits chocs électriques aux cerveaux exposés des personnes subissant une chirurgie cérébrale et en enregistrant leurs réponses. Il a découvert que la stimulation d’une étroite bande de tissu dans chaque moitié du cerveau provoque la contraction de parties spécifiques du corps. De plus, les zones de contrôle du cerveau sont disposées dans le même ordre que les parties du corps qu’elles ciblent, les orteils étant à une extrémité de chaque bande et le visage à l’autre. La carte de Penfield des régions motrices du cerveau, représentée comme un homoncule ou un « petit homme » , est devenue un incontournable des manuels de neurosciences.
Gordon, Dosenbach et leurs collègues ont commencé à reproduire les travaux de Penfield avec l’imagerie par résonance magnétique fonctionnelle (IRMf). Ils ont recruté sept adultes en bonne santé pour subir des heures d’IRM cérébrale pendant qu’ils se reposaient ou effectuaient des tâches. À partir de cet ensemble de données à haute densité, ils ont construit des cartes cérébrales individualisées pour chaque participant. Ils ont ensuite validé leurs résultats à l’aide de trois grands ensembles de données IRMf accessibles au public : le projet Human Connectome, l’étude sur le développement cognitif du cerveau des adolescents et la biobanque britannique, qui contiennent ensemble des scintigraphies cérébrales d’environ 50 000 personnes.
À leur grande surprise, ils découvrirent que la carte de Penfield n’était pas tout à fait exacte. La pédale de commande se trouvait à l’endroit identifié par Penfield. Idem pour les mains et le visage. Mais entrecoupées de ces trois zones clés se trouvaient trois autres zones qui ne semblaient pas du tout directement impliquées dans le mouvement, même si elles étaient situées dans la zone motrice du cerveau.
De plus, les zones de non-mouvement étaient différentes des zones de mouvement . Ils semblaient plus minces et étaient fortement connectés les uns aux autres ainsi qu’à d’autres parties du cerveau impliquées dans la pensée, la planification, l’activation mentale, la douleur et le contrôle des organes et fonctions internes, tels que la tension artérielle et la fréquence cardiaque. D’autres expériences d’imagerie ont montré que même si les zones immobiles ne s’activent pas pendant le mouvement, elles s’activent lorsque la personne pense à bouger.
"Toutes ces connexions ont du sens si l’on réfléchit à la fonction réelle du cerveau", a déclaré Dosenbach. « Le cerveau est là pour se comporter avec succès dans l’environnement afin que vous puissiez atteindre vos objectifs sans vous blesser ni vous suicider. Vous bougez votre corps pour une raison. Bien entendu, les zones motrices doivent être liées à la fonction exécutive et au contrôle des processus corporels fondamentaux, tels que la tension artérielle et la douleur. La douleur est le feedback le plus puissant , n’est-ce pas ? Vous faites quelque chose et ça fait mal, et vous pensez : ’Je ne vais pas refaire ça .’"
Dosenbach et Gordon ont appelé leur réseau nouvellement identifié le réseau d’action somato (corps)-cognitif (esprit), ou SCAN. Pour comprendre comment le réseau s’est développé et a évolué, il a scanné les cerveaux d’un nouveau-né, d’un enfant de 1 an et d’un enfant de 9 ans. Ils ont également analysé des données précédemment collectées sur neuf singes. Le réseau n’était pas détectable chez le nouveau-né, mais était clairement évident chez l’enfant de 1 an et presque adulte chez l’enfant de 9 ans. Les singes avaient un système plus petit et plus rudimentaire, sans les connexions étendues observées chez les humains.
"Cela a peut-être commencé avec un système plus simple pour intégrer le mouvement à la physiologie afin que nous ne nous évanouissions pas , par exemple lorsque nous nous levons", a déclaré Gordon. "Mais à mesure que nous sommes devenus des organismes capables de réfléchir et de planifier beaucoup plus complexes, le système a été mis à jour pour connecter de nombreux éléments cognitifs très complexes."
Des indices sur l’existence d’un réseau corps-esprit existent depuis longtemps, dispersés dans des documents isolés et des observations inexpliquées.
"Penfield était brillant et ses idées ont dominé pendant 90 ans, et elles ont créé un angle mort dans le domaine", a déclaré Dosenbach, qui est également professeur agrégé de génie biomédical, de pédiatrie, d’ergothérapie, de radiologie et de sciences psychologiques et humaines. . cerveau. « Une fois que nous avons commencé à le rechercher, nous avons trouvé de nombreuses données publiées qui ne correspondaient pas à ses idées et des interprétations alternatives de lui qui avaient été ignorées. "Nous avons rassemblé de nombreuses données différentes ainsi que nos propres observations, les avons zoomées et synthétisées, et avons trouvé une nouvelle façon de penser la façon dont le corps et l’esprit sont liés."
Un réseau pour l’intégration corps-esprit
Deux systèmes de contrôle comportemental sont intercalés dans le M1 humain. Un système bien connu consiste en des circuits spécifiques aux effecteurs pour des mouvements précis et isolés d’appendices hautement spécialisés (doigts, orteils et langue), le type de mouvement adroit nécessaire pour parler ou manipuler des objets. Un deuxième système de résultats intégratif , SCAN, est plus important pour surveiller l’organisme dans son ensemble. SCAN intègre le contrôle corporel (moteur et autonome) et la planification d’action, conformément à l’idée selon laquelle des aspects du contrôle exécutif de niveau supérieur peuvent découler de la coordination des mouvements. Le SCAN comprend des régions spécifiques de M1, SMA, thalamus (VIM et CM), du putamen postérieur et du cervelet postural, et est fonctionnellement connecté aux régions dACC liées au libre arbitre , aux régions pariétales représentant les intentions de mouvement et aux régions insulaires pour le traitement somatosensoriel. douleur et signaux viscéraux intéroceptifs.
L’expansion relative apparente des régions SCAN chez l’homme pourrait suggérer un rôle dans des actions complexes spécifiques à l’homme, telles que la coordination de la respiration pour la parole et l’intégration des mouvements de la main, du corps et des yeux pour l’utilisation d’outils. . Un facteur commun à ce large éventail de processus est qu’ils doivent être intégrés si un organisme veut atteindre ses objectifs par le mouvement tout en évitant les blessures et en maintenant l’allostasie physiologique . Le SCAN fournit un substrat pour cette intégration, permettant d’anticiper les changements posturaux, respiratoires, cardiovasculaires et d’éveil avant l’action (comme une tension dans les épaules, une augmentation de la fréquence cardiaque ou des « papillons dans l’estomac » ).
La découverte selon laquelle l’action et le contrôle du corps fusionnent dans un circuit commun pourrait aider à expliquer pourquoi les états de l’esprit et du corps interagissent si fréquemment .
