La carte classique de la manière dont le cerveau humain gère les mouvements est mise à jour.

La vision classique sur la façon dont le cerveau humain contrôle les mouvements volontaires ne raconte peut-être pas toute l'histoire.

Cette carte du cortex moteur primaire - l'homoncule moteur - montre comment cette région du cerveau est divisée en sections assignées à chaque partie du corps qui peut être contrôlée volontairement. Elle met vos orteils à côté de votre cheville et votre cou à côté de votre pouce. L'espace que chaque partie prend sur le cortex est également proportionnel à la quantité de contrôle que l'on a sur cette partie. Chaque doigt, par exemple, occupe plus d'espace qu'une cuisse entière.

Une nouvelle carte révèle que, en plus d'avoir des régions consacrées à des parties spécifiques du corps, trois zones nouvellement découvertes contrôlent des actions intégratives et globales. Et les représentations de l'emplacement spécifique des parties du corps sur cette carte sont organisées différemment de ce qui était précédemment pensé, rapportent des chercheurs dans Nature le 19 avril.

Des recherches sur les singes avaient suggéré cela. "Il y a tout un groupe de personnes qui savent depuis 50 ans que l'homoncule n'est pas tout à fait correct", dit Evan Gordon, neuroscientifique à l'École de médecine de l'Université de Washington à St. Louis. Mais depuis les travaux de cartographie cérébrale pionniers du neurochirurgien Wilder Penfield, qui ont commencé dans les années 1930, l'homoncule a régné en maître en neurosciences.

Gordon et ses collègues étudient l'activité synchronisée et la communication entre différentes régions du cerveau. Ils ont remarqué que certaines zones du cortex moteur primaire étaient liées à des zones inattendues impliquées dans le contrôle des actions et la perception de la douleur. Comme cela ne correspondait pas à la carte de l'homoncule, ils l'ont considéré comme étant le résultat de données imparfaites. "Mais nous avons continué de le voir et cela nous a dérangé", dit Gordon.

Ainsi, l'équipe a rassemblé des données d'IRM fonctionnelle sur des volontaires alors qu'ils effectuaient diverses tâches.

Deux participants ont effectué des mouvements simples comme bouger simplement leurs sourcils ou leurs orteils, ainsi que des tâches complexes comme faire pivoter leur poignet et bouger leur pied de gauche à droite simultanément.

Les données de l'IRMf ont révélé quelles parties du cerveau s'activaient en même temps que chaque tâche était effectuée, permettant aux chercheurs de tracer quelles régions étaient fonctionnellement connectées les unes aux autres. Sept autres participants ont été enregistrés sans faire aucune tâche particulière afin d'étudier comment les différentes zones du cerveau communiquent au repos.

Le fait de tester seulement quelques participants, chacun pendant de nombreuses heures, offre des insights uniques sur la connectivité neurale, explique Gordon. "Lorsque nous collectons autant de données chez des individus, nous commençons constamment à voir des choses que les gens n'ont jamais vraiment remarquées auparavant."

L'équipe a découvert que, bien que les connexions corps-cerveau suivent vaguement le schéma découvert par Penfield, le cortex moteur primaire est organisé en trois sections distinctes. Chacune représente des régions différentes du corps : le bas du corps, le torse et les bras, et la tête.

Dans chacune de ces sections, la partie la plus extérieure de cette région est cartographiée au centre de cette section. Par exemple, la zone du cortex moteur primaire attribuée au bas du corps a les orteils au milieu, avec les autres parties de la jambe rayonnant dans chaque direction. Par conséquent, toute la section est organisée comme ceci : hanche, genou, cheville, orteils, cheville, genou, hanche.

L'équipe a également trouvé trois taches mystérieuses non liées à une partie spécifique du corps. Surnommées les régions intereffectorielles, elles se connectent à un réseau externe impliqué dans le contrôle des actions et la perception de la douleur. Ces régions alternent avec les sections consacrées à des parties spécifiques du corps. L'équipe pense que les régions intereffectorielles peuvent intégrer des objectifs d'action et des mouvements corporels impliquant plusieurs parties du corps, tandis que les espaces entre elles sont utilisés pour des mouvements précis de parties du corps isolées.

En utilisant des données précédentes de trois grandes études d'IRMf, qui comprennent des données d'environ 50 000 personnes, l'équipe a vérifié que cette organisation était cohérente sur une large tranche de personnes. Des motifs similaires sont également apparus dans des ensembles de données existants provenant de singes macaques, d'enfants et de populations cliniques.

"Je pense que c'était juste facile de manquer quelque chose qui semblait anomale - ça doit être du bruit", dit Michael Graziano, neuroscientifique à l'université de Princeton qui n'a pas participé à la recherche. Mais avec accès à ces vastes ensembles de données, "vous obtenez ces vastes nombres de sujets, et le modèle est clairement visible. Vous ne pouvez pas l'ignorer... C'est vraiment le meilleur exemple que j'aie vu depuis longtemps de regarder les êtres humains et essayer de comprendre à un niveau détaillé quelle est l'organisation".

L'équipe de Gordon prévoit maintenant de voir si ces régions intereffectorielles jouent un rôle dans certains types de douleur. Plus largement, l'équipe espère que leurs découvertes inciteront à des recherches plus approfondies sur ce que des zones spécifiques du cerveau font. Avec de nouvelles techniques et de nouveaux équipements, il reste encore beaucoup à explorer, dit Gordon. "La cartographie cérébrale n'est pas morte."