Apprentissage du mouvement : prévoir l’inattendu

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Un petit groupe de neurones s’ajuste aux écarts entre l’information sensorielle attendue et réelle

Un beau service au tennis? Un lancer frappé efficace? Vous devez vos performances sportives à un minuscule amas de cellules dans les profondeurs du cervelet. Des chercheurs de l’Université McGill dirigés par Kathleen Cullen, du Département de physiologie, ont découvert qu’au cours de l’apprentissage de nouvelles habiletés motrices, les neurones du cervelet effectuent d’élégants calculs, presque mathématiques, afin de comparer rapidement ce qu’ils sentent à ce qu’ils s’attendaient à sentir. Ils s’ajustent ensuite rapidement en modifiant la force des connexions entre d’autres neurones pour former de nouveaux schémas cérébraux permettant d’effectuer la tâche à accomplir.

« Nous savions déjà que le cervelet est la partie du cerveau qui reçoit l’information sensorielle et nous pousse à bouger ou à réagir de façon appropriée », affirme la professeure Cullen. « Toutefois, nous ignorions jusqu’à tout récemment que des neurones cérébraux individuels ont la capacité de reconnaître de façon dynamique la différence qui existe entre les rétroactions sensorielles attendues et l’information qu’ils reçoivent effectivement au cours de l’apprentissage moteur. Nos travaux montrent que la différence calculée (soit le signal d’« erreur de prédiction sensorielle ») est utilisée pour modifier rapidement les schémas cérébraux et les connexions entre les neurones afin de permettre l’apprentissage de nouvelles habiletés motrices. »
Pour maîtriser un nouveau mouvement, le cerveau commence par estimer l’influx qu’il devrait recevoir du système sensoriel. Le cervelet utilise ensuite cette prédiction pour calculer l’écart entre ce que la personne avait l’intention de faire et ce qu’elle a réellement fait. Non seulement les athlètes de haut niveau coordonnent mieux leurs mouvements, mais leur cerveau est également plus efficace pour faire rapidement ces prédictions et ces ajustements.

« Lorsqu’elle réalise un salto arrière à la poutre, une gymnaste doit pouvoir calculer avec précision l’écart entre l’endroit où elle doit se recevoir et celui où elle se trouve à l’instant afin de retomber avec précision sur la poutre. Toutefois, notre étude est également pertinente pour les patients victimes d’un AVC ou atteints de sclérose en plaques et les cliniciens qui les soignent », précise la professeure Cullen.

Pour cette étude, les chercheurs ont effectué une analyse essai par essai de l’activité de neurones cérébelleux individuels chez des macaques participant à diverses activités d’apprentissage du mouvement.

Cette étude a été financée par les Instituts de recherche en santé du Canada, les Instituts nationaux de la santé des États-Unis (R01 DC002390) et le Fonds de recherche du Québec ‒ Nature et technologies.

Pour consulter la version intégrale de l’article « Learning to expect the unexpected: Rapid updating in primate cerebellum during voluntary self-motion », par Jessica X. Brooks et coll., publié dans Nature Neuroscience, visitez le http://www.nature.com/neuro/journal/vaop/ncurrent/full/nn.4077.html.
DOI : 10.1038/nn.4077


 

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