Comment le cerveau ignore les informations distrayantes pour coordonner les mouvements

Comment le cerveau ignore les informations distrayantes pour coordonner les mouvements

Les dernières recherches ont des implications pour comprendre les troubles sensoriels et construire de meilleures prothèses et robots qui peuvent affiner leurs mouvements en fonction de ce qu'ils touchent.

LA JOLLA—Alors que vous lisez cet article, les récepteurs tactiles de votre peau détectent votre environnement. Vos vêtements et vos bijoux, la chaise sur laquelle vous êtes assis, le clavier d'ordinateur ou l'appareil mobile que vous utilisez, même vos doigts qui se frôlent involontairement - chaque contact active des collections de cellules nerveuses. Mais, à moins qu'un stimulus ne soit particulièrement inattendu ou nécessaire pour vous aider à orienter vos propres mouvements, votre cerveau ignore bon nombre de ces entrées.

Maintenant, les chercheurs de Salk ont ​​découvert comment les neurones d'une petite zone du cerveau des mammifères aident à filtrer les signaux distrayants ou perturbateurs, en particulier ceux des mains, pour coordonner les mouvements adroits. Leurs résultats, publiés dans la revue Science le 14 octobre 2021, peut également donner des leçons sur la façon dont le cerveau filtre d'autres informations sensorielles.

"Ces découvertes ont des implications non seulement pour mieux comprendre comment notre système nerveux interagit avec le monde, mais aussi pour nous apprendre à construire de meilleures prothèses et robots, et comment réparer plus efficacement les circuits neuronaux après une maladie ou une blessure", déclare Eiman Azim, professeur adjoint au laboratoire de neurobiologie moléculaire de Salk et titulaire de la chaire de développement William Scandling.

Les scientifiques savent depuis longtemps que l'apport des mains est nécessaire pour coordonner les mouvements habiles, du lancer d'une balle à la lecture d'un instrument de musique. Dans une expérience classique, des volontaires aux doigts anesthésiés et engourdis ont trouvé extrêmement difficile de ramasser et d'allumer une allumette.

"Il existe une idée fausse commune selon laquelle le cerveau envoie un signal et que vous effectuez simplement le mouvement qui en résulte", explique Azim. "Mais en réalité, le cerveau intègre constamment des informations de rétroaction sur l'état de vos membres et de vos doigts et ajuste sa sortie en réponse."

Si le cerveau répondait à chaque signal du corps, il deviendrait rapidement submergé, comme cela se produit avec certains troubles du traitement sensoriel. Azim et ses collègues ont voulu identifier exactement comment un cerveau en bonne santé parvient à sélectionner et à choisir les signaux tactiles à prendre en compte pour coordonner des mouvements habiles comme la manipulation d'objets.

Ils ont utilisé une combinaison d'outils chez la souris pour étudier les cellules dans une petite zone du tronc cérébral appelée noyau cunéiforme, qui est la première zone où les signaux de la main pénètrent dans le cerveau. Alors qu'il était connu que les informations sensorielles traversent le noyau cunéiforme, l'équipe a découvert qu'un ensemble de neurones dans cette région contrôle en fait la quantité d'informations provenant des mains qui sont éventuellement transmises à d'autres parties du cerveau. En manipulant ces circuits pour permettre une rétroaction plus ou moins tactile, l'équipe d'Azim pourrait influencer la façon dont les souris effectuent des tâches habiles, comme tirer une corde ou apprendre à distinguer les textures, pour gagner des récompenses.

"Le noyau cunéiforme est souvent appelé une station relais, comme si l'information ne faisait que le traverser", explique le chercheur James Conner, premier auteur du nouvel article. "Mais il s'avère que les informations sensorielles sont en fait modulées dans cette structure."

Conner et Azim ont ensuite montré comment différentes parties du cortex chez la souris - la région responsable d'un comportement adaptatif plus complexe - peuvent à leur tour contrôler les neurones du cunéiforme pour dicter la force avec laquelle ils filtrent les informations sensorielles des mains.

Aujourd'hui, malgré des décennies de travail, la plupart des prothèses et des robots ont du mal à être agiles et à effectuer de petits mouvements de main précis. Azim et Conner affirment que leur travail pourrait aider à éclairer la conception de meilleurs processus pour intégrer les informations sensorielles des doigts artificiels dans ces types de systèmes afin d'améliorer leur dextérité. Cela pourrait également avoir des implications pour la compréhension des troubles du traitement sensoriel ou le dépannage de ce qui ne va pas dans le cerveau lorsque le flux d'informations sensorielles est déséquilibré.

« Les systèmes sensoriels ont évolué pour avoir une sensibilité très élevée afin de maximiser les réponses protectrices aux menaces externes. Mais nos propres actions peuvent activer ces systèmes sensoriels, générant ainsi des signaux de rétroaction qui peuvent perturber nos actions prévues », explique Conner.

« Nous sommes constamment bombardés d'informations du monde entier, et le cerveau a besoin de moyens pour décider ce qui passe et ce qui ne passe pas », explique Azim. "Ce n'est pas seulement une rétroaction tactile, mais visuelle, olfactive et auditive, la température et la douleur - les leçons que nous apprenons sur ce circuit s'appliquent probablement de manière générale à la façon dont le cerveau module également ces types de rétroaction."

Parmi les autres auteurs figuraient Andrew Bohannon, Masakazu Igarashi, James Taniguchi et Nicholas Baltar de Salk.

DOI: 10.1126/science.abh1123