Le système nerveux aux commandes

LOUVAINS

Force de gravité, perturbations externes, manipulations d’objets : comment notre système nerveux compose-t-il pour générer des mouvements adéquats ? Frédéric Crevecoeur investigue.

Notre cerveau turbine pour analyser les informations qu’il reçoit pour nous permettre de réaliser nos mouvements du quotidien. Il fait en sorte que nous puissions les adapter au contexte dans lequel nous les effectuons. Il reçoit en continu des informations sensorielles, estime l'état de notre corps et envoie des commandes motrices pour activer les muscles de manière adéquate. Frédéric Crevecoeur, nouveau Chercheur qualifié FNRS à l'UCL, étudie depuis plus de 10 ans le contrôle des mouvements dans différents contextes. Durant sa thèse, il a étudié l'impact de la gravité sur le contrôle des mouvements. « Quand nous bougeons, nous devons compenser le poids de nos membres lié à la gravité et cela implique des mécanismes nerveux qui permettent d’anticiper cette force », explique-t-il. Il s’est spécifiquement penché sur cette question lors de la manipulation d’objets en exposant des personnes à de l'hypergravité ou de la microgravité lors de vols paraboliques.

Vols paraboliques et robots

Entre 2010 et 2014, le chercheur poursuit sa carrière à la Queen’s University à Kingston, au Canada. Il y étudie toujours le contrôle des mouvements mais cette fois en réponse à des perturbations. Il utilise cette fois des robots spécialement conçus pour appliquer une force sur les membres des personnes testées. Les mesures comportementales et électrophysiologiques récoltées servent de carburant aux modèles mathématiques que cet ingénieur civil utilise comme outils d’analyse. Parmi eux : ‘l'estimation d’état’. « Celle-ci permet d’évaluer de manière la plus fi able possible des variables dont on n’ a qu’une information partielle, retardée ou bruitée. On peut réaliser cela de manière théorique en utilisant des modèles tels qu’un filtre de Kalman ».

Position ressentie vs position réelle

Quand on effectue un mouvement, la position perçue de notre membre ne correspond pas à sa position réelle. Grâce à l'estimation d’état, Frédéric Crevecoeur a démontré que le système nerveux réalise le calcul en quelques dizaines de millisecondes. « Il y a, par exemple, un délai d’une centaine de millisecondes dans le système visuel avant que l'information arrive jusqu’au cerveau », précise-t-il. « Si on bouge à une vitesse d’un mètre par seconde, la position que l'on voit est 10 cm en retard par rapport à la position réelle », explique le scientifique. « Mais même à ces échelles de temps très petites, le système nerveux est capable de corriger cette différence temporelle et d’estimer la position réelle ».

De l'estimation au contrôle

Après s’être concentré sur le volet estimation des variables, Frédéric Crevecoeur compte maintenant se concentrer davantage sur l'aspect ‘contrôle’. Quelle est la commande motrice envoyée par le système nerveux après estimation des variables ? Quels sont les mécanismes qu’il utilise pour générer ces commandes ? Des questions fondamentales auxquelles le scientifique va tenter de répondre, en gardant en ligne de mire les aspects appliqués qui pourraient en découler. « Toute lésion du système nerveux a un impact sur la qualité de vie des personnes atteintes. Plus on avance dans les connaissances sur le fonctionnement du contrôle des mouvements, plus elles peuvent être utilisées pour améliorer le diagnostic et la prise en charge de ces patients ».

Audrey Binet
Chargée de communication

> https://uclouvain.be/en/research-institutes/icteam
> https://uclouvain.be/en/research-institutes/ions
> http://bit.ly/2iaKTWT

Frédéric Crevecoeur est chercheur à l' Institute of Information and Communication Technologies, Electronics and Applied Mathematics (ICTEAM) et l' Institute of NeuroScience (IoNS).

Photo : Alexis Haulot

    Article paru dans le Louvain[s] de septembre-octobre-novembre 2017