Selon une étude menée par l'University of Rochester Medical Center publiée dans Cell Reports,la simplicité apparente de prendre une tasse de café ou de tourner une poignée de porte contredit la séquence complexe de calculs et de processus que doit subir le cerveau pour identifier la position d’un objet dans l’espace, déplacer le bras et la main vers l’objet et façonner les doigts, tenir ou manipuler l'objet. Or, des chercheurs révèlent comment les cellules nerveuses responsables du contrôle moteur modifient leur activité lorsque nous atteignons et saisissons des objets. Selon ces derniers, ces résultats vont à l'encontre de la compréhension établie de la manière dont le cerveau entreprend cette tâche complexe et pourraient avoir des implications pour le développement de la neuro-prothèse.
Comme le rapportent les chercheurs, l'étude illustre que les schémas d'activité des populations de neurones se modifient progressivement au cours d'un mouvement unique. Selon ces derniers, le modèle établi de la manière dont le cerveau effectue ces mouvements remonte aux années 1980 et soutient que des populations distinctes de neurones dans le cerveau sont dédiées à l'atteinte ou à la saisie. Les chercheurs font l'analogie s'apparente à l'organisation d'une équipe de football, avec un groupe de joueurs dédiés à la défense et un autre à l'offensive. La nouvelle étude montre que ces cellules agissent davantage comme une équipe de basket-ball, le même groupe de joueurs passant de responsabilités défensives à offensives en fonction des circonstances à un moment donné.
Les nouvelles découvertes ont été possibles grâce aux réseaux de microélectrodes avancés qui ont permis aux chercheurs de surveiller et d’enregistrer simultanément des centaines de neurones dans le cortex moteur, la partie du cerveau responsable du contrôle du mouvement, des animaux à la recherche et à la manipulation d’objets.
En utilisant une nouvelle analyse conçue pour le grand ensemble de données, les chercheurs ont observé que les neurones modifiaient leurs habitudes lorsque les animaux passaient de la projection du bras et de la main à la position d'un objet pour ensuite former la main et le bras afin de saisir l'objet. Les deux types d'activité se propagent rapidement dans le cortex moteur, phénomène qui s'apparente aux rides formées par la chute de cailloux dans un étang. Les résultats impliquent que, au lieu de se spécialiser dans des tâches de contrôle moteur spécifiques, les motoneurones individuels travaillent collectivement afin de remplir de multiples fonctions.
Les chercheurs mentionnent, en terminant, que la recherche a des implications importantes pour la création d'interfaces cerveau-ordinateur qui exploitent l'activité électrique du cerveau et utilisent cette information pour contrôler des dispositifs prothétiques, comme un bras mécanique. Alors que les efforts précédents visaient à exploiter l'activité électrique d'individus ou de groupes de neurones, les nouvelles découvertes montrent que ces systèmes devront probablement utiliser des algorithmes d'apprentissage automatique plus avancés pour interpréter les modèles d'activité en mouvement.
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