S’agit-il d’un mécanisme Réactif ou prédictif ?

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1 S’agit-il d’un mécanisme Réactif ou prédictif ?
Quels sont les mécanismes physiologiques qui permettent d’éviter l’entorse de la cheville ? La proprioception ou l’anticipation ? S’agit-il d’un mécanisme Réactif ou prédictif ? « feedback » ou « feedforward » ? Quelles conséquences en rééducation ? Version Auteurs : Roland Sultana et Carole Puccini

2 Une entorse de cheville est évitée à chaque pas lors de la marche ou de la course, à partir des informations proprioceptives qui régulent en permanence les contractions musculaires. Il s’agit d’une régulation en feedback. Est-ce une idée fausse ?

3 Pour pouvoir répondre à cette question, il faut comprendre ce qu’est la vitesse de conduction dans les nerfs

4 Mesure de la vitesse de conduction dans les nerfs
La mesure de la vitesse de conduction nerveuse motrice . Elle consiste à stimuler un tronc nerveux (médian, ulnaire, sciatique poplité externe par exemple) à l'aide d'un choc électrique bref. Ensuite, on recueille (par électromyographie) la réponse d'un muscle distal faisant partie du territoire moteur du nerf stimulé. Le nerf est stimulé en deux points de son trajet. La réponse du site de stimulation proximal est recueillie après celle du distale. Ce temps de latence entre les deux réponses correspond au temps de conduction sur le tronc nerveux entre les deux points de stimulation. La longueur du nerf entre les deux points de stimulation est mesurée directement sur la peau. Le rapport de cette distance au temps de conduction représente la vitesse de conduction nerveuse motrice.

5 Vitesse de conduction dans les nerfs (suite)
. Elle est de 20 à 25 mètres par seconde chez le nouveau-né et de 50  mètres par seconde chez l'adulte

6 L’idée qu’une entorse de cheville est évitée à chaque pas lors de la marche ou de la course, à partir des informations proprioceptives qui régulent en permanence les contractions musculaires n’est plus défendable. En effet, la vitesse de conduction des nerfs n’est pas aussi rapide que celle de l’électricité dans un robot piloté par ordinateur. la vitesse de l’influx nerveux est trop lente pour pouvoir corriger l’acte en cours de réalisation On peut mesurer : le temps que l’influx nerveux sensitif qui renseigne le système nerveux sur la survenue d’une entorse et le temps nécessaire à l’influx moteur qui va faire contracter les muscles protecteurs Conclusion : en faisant la somme de ces 2 temps, on s’aperçoit que c’est trop long pour être efficace

7 300 000 kilomètres par seconde
Comparaison de la vitesse de conduction dans les nerfs avec la vitesse du courant électrique dans un robot piloté par ordinateur Vitesse de conduction nerveuse : 20 à 25 mètres par seconde chez le nouveau-né 50  mètres par seconde chez l'adulte. A comparer avec la vitesse du courant électrique qui est utilisée par les ordinateurs et les robots : kilomètres par seconde soit la distance de la terre à la lune par seconde C’est infiniment plus rapide Conclusion : Chez l’homme, c’est beaucoup plus long Beaucoup trop long pour empêcher une entorse de se produire

8 Notion de “time-varying control of joint stiffness” Raideur articulaire qui varie dans le temps
Il ne s’agit pas de raideur pathologique La raideur physiologique d’une articulation est dûe à des co-contractions des muscles agonistes et antagonistes qui protègent cette articulation et évitent les faux mouvements Il s’agit d’un « tonus protecteur » des articulations qui est programmé avant le geste, grâce à l’apprentissage et à l’entrainement.

9 Un muscle contracté peut-il augmenter instantanément sa raideur lorsqu’on l’étire ?
Un 2ème mécanisme intervient lorsqu’il y a un risque d’entorse (par exemple une inversion brutale de la cheville) alors que les muscles péri-articulaires sont contractés (raideur protectrice préventive des muscles fibulaires) En effet, lorsqu’un muscle contracté est étiré, sa raideur augmente immédiatement, sans délai : il s’agit d’une propriété physiologique intrinsèque d’un muscle contracté Voilà comment le système nerveux central protège les articulations de manière préventive : Il anticipe la raideur articulaire dont chaque articulation a besoin en fonction de chaque activité La raideur nécessaire pour courir sur une plage de galets n’est pas la même que celle utilisée pour courir sur un terrain plat (spécificité de chaque activité)

10 EXEMPLE : Si un muscle est contracté de 20 Newtons Tout étirement (augmentation de la longueur) va entrainer è une augmentation de tension qui s’oppose au mouvement Cette augmentation de tension est immédiate (sans délai)

11 Spécificité de la raideur articulaire qui varie dans le temps
La raideur de la cheville nécessaire pour courir sur une route goudronnée n’est pas la même que celle qui est indispensable pour courir sans danger sur une plage de galets Celle qui est nécessaire pour donner un coup de pied dans un ballon est encore différente Ces exemples permettent de comprendre : le rôle du système nerveux central lors de l’apprentissage des gestes fonctionnels et sportifs (mémorisation de programmes moteurs spécifiques de chaque activité qui incluent une raideur variable dans le temps pour chaque articulation) et l’importance de l’entrainement en situation réelle ou en situation la plus proche possible des conditions d’utilisation

12 Bibliographie :

13 https://www. webdepot. umontreal

14 Notion de mouvements balistiques

15 Définition des mouvements balistiques
Ce sont des mouvements brefs et très rapides qui sont effectués sans rétrocontrôle sensoriel (c’est à dire sans ajustement de la commande motrice à partir des informations sensorielles). Ce sont des mouvements dont la trajectoire est déterminée entièrement par la programmation initiale Exemples : Attraper une mouche Saccade oculaire Frappe au clavier (par une secrétaire et non par un débutant) Marcher, courir Enfoncer un clou avec un marteau, etc… Bibliographie : Hay L. : Le mouvement dirigé vers un objectif visuel, chez l'adulte et chez l'enfant, 1979 Pinel John : Biopsychologie - 6ème éd. p. 165

16 Vitesse de conduction nerveuse et mouvements balistiques
Si une erreur se produit au cours d’un mouvement rapide comme la course ou le jeu d’un instrument de musique comme le piano, il est impossible à la sensibilité de corriger cette erreur par un mécanisme de feedback car la vitesse de conduction nerveuse est trop lente. La sensibilité en général et la proprioception en particulier permettent de corriger l’action suivante, mais pas l’action rapide en cours d’exécution. Ces « mouvements balistiques » sont trop rapides pour être exécutés en feedback chez l’homme

17 Vitesse de conduction et mouvements rapides des robots
Contrairement à ce qui se passe chez l’humain, dans certains robots et systèmes robotisés le feedback est possible même à très grande vitesse car le courant électrique va à la vitesse de la lumière. Par exemple : Piloter un avion aux ailes inversées est impossible sans l’assistance d’un ordinateur (commande électrique de vol) car ces avions sont très instables. L’optique adaptative pour corriger la turbulence de l’atmosphère terrestre dans les télescopes. Il faut analyser la déformation de l'image, calculer la correction à apporter et déformer le miroir du télescope jusqu'à 500 fois par seconde ! L'avion X-29

18 Exemple de correction d’une image par une optique adaptative

19 Conclusions : Chez l’homme une telle vitesse de traitement de l’information est impossible Ne pas confondre les mouvements des vivants et ceux des robots De nombreux travaux de recherche en neuroscience ont prouvé cette différence

20 Chez l’humain, le temps de conduction des nerfs est relativement lent et ce, dans tous les mouvements rapides comme la marche, la course, le service de tennis, la frappe du karatéka, la frappe au clavier par une secrétaire, etc… La vitesse de l’influx nerveux est trop lente pour pouvoir corriger l’acte en cours de réalisation. Les mouvements appelés « mouvements balistiques » sont donc anticipés. Le tonus protecteur des articulations est programmé avant le geste grâce à l’apprentissage et à l’entrainement.

21 Si le karatéka n’a pas bien calculé sa frappe avant d’atteindre sa cible, il va manquer son adversaire Si tennisman n’a pas bien calibré son service, il risque de taper dans le filet Si on ne sait pas bien manier le marteau, on peut se taper sur les doigts Si en descendant les escaliers on manque la marche, on risque de chuter

22 Tout d’abord, Les travaux de Jankowska chez le chat (1959)
L ’indépendance relative des mouvements balistiques vis-à-vis des afférences sensorielles est attestée par plusieurs données expérimentales : Tout d’abord, Les travaux de Jankowska chez le chat (1959) JANKOWSKA, E Instrumental scratch reflex of the deafferentated limb in cats and rats. Acta Biol. Exp. (Warsaw) 19: 233—247. Ceux de Taub et Berman (1968) et de Bossom et Omaya (1968) chez le singe Ont montré que l’animal qui a subi la désafférentation d’un membre est toujours capable d’effectuer des mouvements balistiques, même en l’absence d’informations visuelles Liu CN, Chambers WW. A study of cerebellar dyskinesia in the bilateral deafferented forelimbs of the monkey. Acta Neurobiol. Exp., 1971, 31,

23 L ’indépendance relative des mouvements balistiques vis-à-vis des afférences sensorielles est attestée par plusieurs données expérimentales (suite) : Il a été calculé et démontré que le mouvement balistique, du fait de sa rapidité, ne peut être régulé de manière permanente par les afférences proprioceptives liées à son exécution. En effet, si on exclut la boucle myotatique dont la marge d’action est relativement limitée, il faut au moins 1/20ème de secondes pour qu’un signal proprioceptif puisse modifier le cours du mouvement POULIQUEN R. et RICHALET J. analyse d’une expérience de maintien postural. J. Physiol., Paris 1968, 60, MERTON P. A. The properties of the human muscles servo. Brain Res. 1974, 71, 475–478

24 L ’indépendance relative des mouvements balistiques vis-à-vis des afférences sensorielles est attestée par plusieurs données expérimentales (suite et fin) : Brooks V. B. Some examples of progamed limb movements. Brain Res May 17;71(2-3): Importance de la cible dans le déroulement d’un mouvement rapide. Il s’agit dans cet exemple d’un mouvement réalisé entre 2 cibles que l’animal perçoit visuellement. Après l’entraînement de l’animal, le mouvement garde la même amplitude lorsque, après son initiation, la cible est supprimée ou déplacée. Tout se passe comme si les afférences sensorielles étaient inopérantes pendant le déroulement du mouvement. Celui-ci parait dès lors l’expression d’un programme central préétabli.

25 ou de programme sensitivo - moteur
Dans les mouvements balistiques chaque geste est prévu d’avance Le cerveau effectue une véritable planification et programmation des mouvements On parle de programme central préétabli ou de programme moteur ou de programme sensitivo - moteur L’ensemble des paramètres du mouvement serait prédéterminé centralement sur la base d’un certain nombre d’informations sur les conditions dans lesquelles le mouvement est destiné à se dérouler. Ce programme moteur prévoit à la fois : La sélection des muscles impliqués dans le mouvement. Le degré de contraction qui leur sera imposé. L’ordre de la mise en jeu. La durée de leur activation. Et bien sûr, les variation d’intensité de la raideur articulaire.

26 Certes, pour toutes les activités balistiques le feedback ne peut pas corriger le geste en cours d’exécution qui se déroule suivant un « programme moteur » enregistré dans la mémoire gestuelle Cependant, le feedback sensoriel (proprioseptif et extéroseptif) permet : d’enregistrer dans la mémoire gestuelle les gestes correctement exécutés, en cas d’erreur, d’amender les gestes suivants, et donc d’améliorer le programme moteur pour pouvoir effectuer de mieux en mieux les essais ultérieurs.

27 Rôle du feedback proprioceptif (et autres feedback) dans les mouvements balistiques
Les informations proprioceptives et extéroceptives ont donc un rôle important dans les gestes rapides (mouvements balistiques), bien que leur rôle ne soit pas le même que lorsque le geste est réalisé lentement ou lors d’un geste rapide réalisé par un robot. Ces informations permettent d’améliorer le programme moteur pour une utilisation future et non pas de corriger l’action en cours d’exécution. Le feedback apporté par ces informations est donc dans ce cas synonyme de « connaissance des résultats ».

28 Spécificité de chaque programme moteur ou sensitivo-moteur
La raideur articulaire qui varie dans le temps est spécifique de chaque activité Exemples : La raideur nécessaire pour danser n’est pas la même et n’intervient pas au même moment que celle nécessaire à la marche avec des talons hauts, et encore différente de celle indispensable pour réaliser un « mawachi » au karaté. les programmes moteurs indispensable à chaque activité incluent la raideur articulaire qui varie dans le temps

29 Conséquences en rééducation
En fin de progression de la rééducation d’une entorse de la cheville, il est indispensable de rééduquer le patient dans les conditions les plus proches des situations réelles. But : mémoriser (engrammer) les programmes moteurs spécifiques. La rééducation ne saurait se limiter à l’utilisation de plateaux de Freeman et des poussées déséquilibrantes Il faut aussi entrainer le patient sportif à la course, au saut et réintroduire progressivement toutes les difficultés spécifiques de son activité sportive ou usuelle. La rééducation doit donc se terminer par un travail systématique des activités habituelles en collaboration (si nécessaire) avec l’entraineur sportif.

30 En conclusion : Une entorse de cheville est évitée à chaque pas lors de la marche ou de la course, à partir des informations proprioceptives qui régulent en permanence les contractions musculaires. C’est une idée fausse ! et pourtant très répandue…