Séminaire « Les sciences de la vie et de la Terre au XXIème siècle »

Le point de vue du psychophysiologiste : les mille et une variations des représentations du corps

Bernard Renault, CNRS, hôpital de La Pitié-Salpêtrière, Paris

Des premières études à la magnétoencéphalographie

Gérard Schumcher, l'un des premiers neurochirurgiens des années cinquante ayant eu accès de manière invasive au cerveau humain, a étudié très précisément le code des représentations du corps dans l'espace cérébral, en particulier dans le sillon de Rolando qui sépare le lobe frontal et le lobe pariétal au sommet de la tête. Le schéma de "l'homonculus moteur", dessiné en 1957, montre ainsi l'importance relative des représentations sensitives et motrices des différentes parties du corps humain. Celles-ci apparaissent très déformées dans chacun des hémisphères cérébraux. La main, qui est très innervée, est très représentée. Le visage et les lèvres le sont également. Les jambes et le tronc sont à l'inverse peu représentés. Le sexe est cependant sans doute beaucoup plus représenté en réalité qu'il ne l'est dans ce schéma.

Ces travaux ont été réalisés de manière invasive. Les technologies actuelles d'imagerie cérébrale invitent à les renouveler. De fait, elles peuvent notamment permettre de tester l'évolution de ces représentations au cours de la vie. En effet, la communauté scientifique a longtemps cru que ces représentations étaient immuables. Au contraire, nous savons aujourd'hui leur étonnante plasticité, en particulier pour la main dominante, dont nous nous servons tous les jours et qui constitue un objet d'étude particulièrement intéressant.

Un certain nombre d'appareils sont nécessaires pour étudier ces représentations corporelles sensitives ou motrices. Nous utilisons à l'hôpital de La Pitié-Salpêtrière un magnétoencéphalogramme dont la précision est étonnante. Nous enregistrons au cours du temps, après une stimulation de chacun des doigts, le signal, dit "réponse évoquée", qui traduit l'arrivée au niveau de l'aire primaire sensorielle des données afférentes et le début d'une intégration perceptivomotrice. Ce signal atteint l'aire primaire 40 millisecondes après le stimulus. Un système de traitement informatique permet de situer précisément l'activité qui induit ce champ magnétique : chacun des doigts est représenté sur une petite zone cérébrale active située dans le sillon de Rolando. Nous y retrouvons, dans l'ordre, le pouce, l'index, le majeur et l'auriculaire, l'annulaire n'ayant pas été pris en compte dans l'expérience. Ces surfaces s'étendent sur une zone relativement grande de près de 2 centimètres qui reflète parfaitement la position de chacun des doigts.

La magnétoencéphalographie est apparue relativement récemment, dans les années soixante-dix. Contrairement à la technique de l'électroencéphalographie qui permet l'enregistrement de l'activité électrique cérébrale, la magnétoencéphalographie permet l'enregistrement du champ magnétique induit par l'activité électrique du cerveau. Cette technique présente l'avantage considérable de produire des images beaucoup plus propres que les images électriques du fonctionnement du cerveau, lesquelles sont très déformées par leur transmission à travers l'espace cérébral et notamment la boîte crânienne du fait des résistances locales de réceptivité des tissus. Au contraire, le champ magnétique est parfaitement insensible à ces variations locales. Nous obtenons ainsi des images d'une très grande précision. Cette technique suppose une installation informatique conséquente. Les différents niveaux de champ magnétique qui peuvent être recueillis donnent une parfaite idée du degré de finesse de ces mesures :

  • champ magnétique terrestre : 10 -4 teslas ;
  • bruit des voitures dans une grande ville : 10 -7 teslas ;
  • bruit d'une voiture se déplaçant à une distance de 50 mètres : 10 -8 teslas ;
  • bruit d'un chariot dans un hôpital : 10 -9 teslas ;
  • champ magnétique produit par l'activité électrique du cœur humain : 10 -10 teslas ;
  • champ magnétique des réponses évoquées du cerveau : 10 -13 teslas.

Le champ magnétique des réponses évoquées du cerveau est un milliard de fois plus faible que le champ magnétique terrestre. Ces signaux sont donc extrêmement difficiles à enregistrer et requièrent une chambre blindée et des capteurs spéciaux. Cette technique est donc particulièrement onéreuse, à l'instar de l'IRM fonctionnel dont le coût est de même grandeur. Elle permet cependant de localiser dans l'espace cérébral certaines activités et de les suivre au cours du temps. Cela ne pourrait être possible sans l'extraordinaire développement des techniques de reconstruction cérébrale à partir d'un échantillonnage anatomique.

La plasticité des représentations

L'équipe de Rodolpho Llinas, basée à New York, a la première, en 1993, renversé le dogme selon lequel les représentations du corps étaient immuables à l'intérieur du cerveau. Cette équipe a d'abord testé chez des adolescents la position de la main dans l'espace cérébral. Elle a observé un écart-type chez des sujets normaux de 1, 2 ou 1, 5 centimètre entre le pouce et le petit doigt dans le sillon de Rolando. Ce groupe s'est cependant plus particulièrement intéressé à de jeunes patients nés avec le déficit génétique de la syndactylie. Cette affection, due à la détérioration de certains gènes, entraîne la soudure des doigts entre eux. Ces malades sont opérés à l'adolescence : cette intervention chirurgicale vise à séparer les doigts les uns des autres. Le groupe de chercheurs de Llinas a enregistré la position des doigts dans le cerveau avant l'opération puis après vingt-six jours de rééducation. Alors que le pouce et le petit doigt n'étaient pas opposés avant l'intervention, après trois semaines, il est apparu que l'un et l'autre avaient retrouvé des positions distinctes. Il s'agit de la première fois où l'on a observé in vivo et sans exploration du cerveau par des méthodes traumatiques un changement d'organisation de la représentation du corps dans l'espace cérébral.

Deux ans plus tard, un groupe de chercheurs allemands a produit un article consacré aux amputés et en particulier aux amputés des bras ou des avant-bras qui se plaignent d'importants troubles de la représentation du corps liés à l'existence d'un "membre fantôme". Ces chercheurs ont testé chez ces patients, du côté du membre encore existant, la représentation des lèvres et de la main et, du côté du membre amputé, la position des lèvres. Ils ont découvert que la représentation des lèvres avait migré vers la représentation de la main amputée. Sur le plan clinique, il avait été en effet signalé que le membre fantôme était souvent évoqué par des attouchements buccaux, au cours du rasage pour les hommes ou au cours du maquillage pour les femmes. Tout se passe donc comme si le territoire laissé libre par la représentation de la main amputée était colonisé par des représentations supplémentaires du visage, cet envahissement provoquant ces troubles de la perception et cette apparition du membre fantôme. Ces chercheurs ont même pu comparer chez 13 patients le niveau de douleur ressentie dans le membre fantôme et la surreprésentation corticale des lèvres dans l'espace cérébral autrefois dédié à la main. La corrélation observée est parfaite : plus la colonisation est importante, plus la douleur du membre fantôme est forte.

Cette observation a donné lieu à une technique de rééducation encore relativement peu expérimentée mais très efficace même plusieurs années après que le membre fantôme se soit manifesté. Cette technique consiste à apprendre au patient, par un jeu de miroir à partir de la main conservée, à retrouver une représentation mentale active de la main perdue. Ils sont ainsi placés dans des conditions particulières où le travail de deuil du membre perdu consiste à le garder en mémoire comme s'il était toujours vivant. Nous savons en effet grâce à d'autres études, ayant notamment recours à l'imagerie fonctionnelle, que l'activation d'une représentation du corps par l'imagination évoque une activité cérébrale dans des régions diverses et variées mais plus particulièrement dans l'aire motrice primaire et sensorielle quand bien même le corps ne bouge pas. Cette technique de rééducation quotidienne vise donc, à travers la simple activation de représentations mentales, à empêcher la colonisation de la partie du cerveau privée d'afférences effectives. Cette technique a été proposée par le chercheur américain Ramachandran, dont je vous conseille le très beau livre, traduit en français sous le titre Le Fantôme intérieur paru chez Odile Jacob en 1998.

D'autres équipes de chercheurs se sont également intéressées aux représentations du corps au cours de l'apprentissage, par exemple du violon. L'apprentissage du vibrato requérant une dextérité particulière du petit doigt, il était en effet envisageable que sa représentation soit différente de celle des sujets normaux. Les expériences ont corroboré cette hypothèse : si la position du pouce dans le cerveau est la même chez les violonistes et les sujets normaux, le petit doigt est cependant surreprésenté chez les premiers. De surcroît, cette surreprésentation est d'autant plus forte que le nombre d'années d'apprentissage est important. Chez un sujet ayant commencé le violon à l'âge de 5 ans et examiné à l'âge de 20 ans, l'aire cérébrale activée par le petit doigt est beaucoup plus importante que chez un sujet de même âge ayant commencé à apprendre le violon seulement à 15 ans. Cette étude n'est toutefois que rétrospective : nous ne savons pas si de jeunes adultes commençant l'apprentissage du violon à 20 ans présenteront dans quinze ans, ayant atteint un degré d'expertise similaire, une surreprésentation du petit doigt. Je conjecture pour ma part que cela sera le cas. Il est possible de modifier ses représentations même à l'âge adulte.

Enfin, des études ont été réalisées sur des patients victimes du syndrome de la crampe de l'écrivain ou du musicien, appelée également "dystonie focale". Ce syndrome touche de manière préférentielle la main dominante, c'est-à-dire la main droite pour les droitiers et la main gauche pour les vrais gauchers. Il se traduit, dans les affections les plus faibles, par une simple crampe musculaire dans le petit doigt et, dans les cas les plus graves, par une véritable déformation de la main. La crampe peut même atteindre tout ou partie du bras et également l'épaule. Nous avons enregistré à La Pitié-Salpêtrière trois groupes de patients, faiblement atteints, moyennement atteints et fortement atteints. Nous faisions l'hypothèse que cette modification due à la crampe de la main se traduisait par des modifications des représentations de la main dominante dans le cortex la commandant. Alors que chaque doigt est distinctement positionné dans le cerveau chez des patients normaux, nous avons observé une grande confusion des doigts chez les patients atteints. Il est cependant remarquable de noter que cette confusion touche la représentation de la main gauche non touchée dans l'hémisphère droit pour un sujet droitier. Nos hypothèses de travail ne se sont donc pas vérifiées. Nous avons étudié la distance maximale entre les deux doigts les plus éloignés, quels qu'ils soient, et avons défini un indice caractérisant la désorganisation de la représentation normale des doigts. Pour la main dominante exprimant la maladie, nous n'avons pas observé de différence avec un sujet normal : la désorganisation des doigts touche exclusivement la main non dominante chez les sujets faiblement et moyennement atteints. Chez les sujets gravement atteints, nous observons un déficit des représentations même dans le cortex dominant. En outre, ces modifications sont d'autant plus importantes que le score clinique exprimant la maladie est fort.

Des représentations dépendant de l'inné ou de l'acquis

Nous avons conclu de cet ensemble d'expériences que des représentations dépendent quasiment exclusivement de l'inné et d'autres quasiment exclusivement de l'acquis.
Cette suggestion est peut-être fausse, mais elle est intéressante. Au début de notre vie, nous disposons d'un ensemble de gènes qui codent les représentations sensorielles et sensorifonctionnelles à l'intérieur du cerveau, en particulier celles du corps. Ces gènes s'expriment, même s'ils sont atteints de dystonie, de la même façon dans l'hémisphère droit et l'hémisphère gauche. S'il n'y a aucune modification des représentations qui commandent la main exprimant le phénotype atteint, cela signifie que les représentations associées à cette main ont sans doute été conservées normales par une lutte du sujet contre la maladie commencée dès l'enfance par l'utilisation de la main dans l'environnement.

Nous sommes ici dans le domaine de l'acquis. La crampe de l'écrivain ne s'exprime en moyenne qu'à l'âge de 40 ou 45 ans. Ce n'est qu'à ce stade que nous avons réalisé ces expériences. Nous observons alors que les représentations de la main non dominante, qui travaille peu dans l'environnement, sont fortement détériorées. Ces deux faisceaux de preuves convergent pour démontrer que la présence d'une forte détérioration témoigne d'une expression génique non contrecarrée par une utilisation de la main dans un environnement commun. Lorsque la maladie s'exprime dans le geste et non dans le cerveau, c'est que la détérioration des représentations a été contrecarrée par la vie.

Nous pouvons aisément faire l'expérience d'une seconde preuve pour conforter cette thèse : si nous demandons à un sujet atteint d'une dystonie de type "crampe de l'écrivain" d'apprendre à écrire avec sa main non dominante, les symptômes apparaissent sur cette main seulement au bout de trois mois et non de quarante ans. Les crampes s'expriment quasiment immédiatement du côté où elles ne s'exprimaient pas du tout. Cette observation nous a inspiré une technique de rééducation nouvelle : il s'agit de faire réapprendre à écrire à ces patients comme ils l'avaient fait à l'école maternelle, en ayant recours à un type d'écriture entièrement nouveau vis-à-vis de celui qu'ils avaient automatisé à l'âge adulte. Cet exercice est très laborieux et seulement un patient sur deux parvient à réapprendre ainsi à écrire mais, lorsqu'ils sont faiblement atteints, la dystonie disparaît. Il existe une extraordinaire plasticité des représentations du corps dans le système nerveux. Il s'agit donc d'une très bonne nouvelle, y compris au cours du vieillissement.

 

Actes du séminaire national - Les sciences de la vie et de la Terre au XXIème siècle : enjeux et implications 15 et 16 décembre 2004

Mis à jour le 15 avril 2011
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