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mercredi 30 août 2023

Human Brain Project : Sommet Final – Réalisations et Avenir de la Recherche sur le Cerveau Numérique



Le sommet Human Brain Project (HBP) s'est tenu à Marseille en mars 2023. Il s'agissait du dernier sommet du projet qui s'achève en septembre, marquant les 10 ans du plus grand projet numérique de science du cerveau en Europe. Le Human Brain Project a été l'un des plus grands projets de recherche jamais soutenus par l'Union européenne.

Ce sommet a offert un forum d'échanges interdisciplinaires stimulants et de qualité dans un large éventail de domaines, des neurosciences à l'informatique, en passant par l'ingénierie, les mathématiques et la médecine. Le Human Brain Project Summit a mis en lumière les réalisations du projet Flagship.

Le Human Brain Project (HBP) est une initiative de recherche à long terme et à grande échelle qui est à l'avant-garde de la recherche sur le cerveau numérique. Il a été lancé en 2013 pour une durée de 10 ans. Il s'agit de l'un des plus grands projets de recherche en Europe et de l'un des fleurons européens des technologies futures et émergentes (FET). Il a impliqué plus de 500 scientifiques et ingénieurs dans plus de 150 universités, hôpitaux universitaires et centres de recherche à travers l'Europe. Le financement total, y compris les contributions des partenaires, s'élève à 607 millions d'euros, dont 406 millions d'euros provenant du financement de l'UE.

Il vise à acquérir une compréhension approfondie de la structure et de la fonction complexes du cerveau humain avec une approche interdisciplinaire unique à l'interface des neurosciences et de la technologie. Les scientifiques du HBP utilisent des méthodes très avancées issues de l'informatique, de la neuro-informatique et de l'intelligence artificielle pour mener des recherches de pointe sur le cerveau. Les connaissances acquises sont traduites en nouvelles applications en médecine et en avancées technologiques. Les chercheurs du HBP abordent également les implications sociales et éthiques découlant de la recherche sur le cerveau et de ses applications.

Dans sa phase finale, d'avril 2020 à septembre 2023, le Human Brain Project se concentre sur trois domaines scientifiques principaux – les réseaux cérébraux, leur rôle dans la conscience et les réseaux de neurones artificiels – ainsi que sur l'expansion de l'infrastructure innovante EBRAINS et de ses outils et services.

Le calcul haute performance au service de la recherche

Fort de ces avancées scientifiques, le HBP a également développé l'Infrastructure de Recherche EBRAINS. Cette infrastructure met le calcul haute performance à la disposition de la communauté de recherche sur le cerveau, permettant des expériences virtuelles rendant ainsi possible l'accélération des percées.

Le sommet s'est également penché sur l'avenir de l'infrastructure EBRAINS et de la recherche sur le cerveau numérique, et a discuté d'une vision scientifique pour la prochaine décennie de recherche sur le cerveau numérique, qui contribuera à la préparation d'un partenariat européen émergent pour la santé du cerveau.


INfrastructureS Européennes de Recherche sur le Cerveau (EBRAINS)


Description

EBRAINS est une Infrastructure Numérique distribuée à l'interface des neurosciences, de l'informatique et de la technologie. Il s'agit d'un “guichet unique” offrant aux scientifiques et aux développeurs de technologies les outils et services les plus avancés pour la recherche sur le cerveau, y compris les services de données FAIR, l'atlas du cerveau de nouvelle génération, les plateformes de simulation et l'analyse basée sur l'IA des méga-données. EBRAINS catalyse les nouvelles découvertes scientifiques et les technologies et l'informatique innovantes inspirées du cerveau pour aider à mieux comprendre le cerveau humain.

Au-delà des neurosciences, il renforcera un large éventail de biomédecine et d'autres recherches, y compris les travaux sur Covid-19. Il devrait également permettre des applications numériques tournées vers l'avenir à usage industriel et médical, au bénéfice des patients et de la société.

Entré dans la feuille de route ESFRI en 2021, EBRAINS est un résultat majeur du Human Brain Project EU FET Flagship et fournira le noyau de coordination de la structure post-FET. Il est alimenté par l’Infrastructure en tant que service (IaaS) du réseau Federated Exascale pour l'intégration et l'échange de données (Fenix), lui-même un modèle pour d'autres communautés de recherche. Depuis 2019, EBRAINS est une Association internationale sans but lucratif de droit belge (AISBL), dont les membres représentent actuellement sept pays européens.

EBRAINS AISBL agit comme une plaque tournante centrale pour les IR et les services de soutien répartis dans les États membres participants qui formeront prochainement les nœuds nationaux d'EBRAINS dans le but d'intégrer les ressources “les meilleures de leur catégorie”, de créer une synergie et de s'appuyer sur les développements scientifiques et efforts nationaux.

EBRAINS est un accélérateur des ambitions européennes dans la recherche pluridisciplinaire sur le cerveau, alliant neurosciences de pointe, calcul haute performance et intelligence artificielle. Il offre aux chercheurs une vaste gamme de données cérébrales et un environnement de recherche numérique qui relie de nombreux laboratoires, centres de calcul intensif, cliniques et centres technologiques parmi les plus avancés d'Europe dans un système intégré unique.

Comment les scientifiques utilisent EBRAINS


À l'aide de technologies de balayage du cerveau, les scientifiques peuvent créer des cartes montrant le câblage du cerveau, composé de fibres de matière blanche qui relient différentes parcelles de la matière grise du cerveau. Les parcelles les plus connectées, ou hubs, sont indiquées par des points bleus et blancs.

Cartographier le cerveau humain est un objectif noble, mais plutôt mal défini. C'est comme faire une carte des États-Unis. Vous pourriez simplement montrer les frontières politiques et les emplacements des villes. Ou vous pouvez représenter des caractéristiques géographiques comme des montagnes et des rivières. Ou les voies de transport, comme les autoroutes et les voies ferrées. Vous pourriez même aller sur Google Maps jusqu'au bout et montrer l'emplacement de chaque maison individuelle.

Le cerveau possède une diversité d'échelle similaire : deux hémisphères de matière grise alambiquée, chacun avec quatre lobes régionaux, traversés par des autoroutes de fibres de matière blanche communiquant avec des milliards de cellules individuelles. Ainsi, certaines cartes cérébrales se concentrent sur le contour des zones anatomiques, d'autres suivent le câblage de la substance blanche, d'autres encore divisent la matière grise en minuscules parcelles et enregistrent leur activité au cours de différentes tâches mentales. Mais finalement, les scientifiques veulent tout cartographier. Leur but ultime est un catalogue de toutes les connexions entre toutes les cellules et régions du cerveau, une carte maîtresse connue sous le nom de connectome.

Le projet Connectome humain

En principe, le connectome humain se compose littéralement de chaque lien entre chaque cellule nerveuse, ou neurone, du cerveau. Mais une carte aussi complète est technologiquement hors de portée pour le moment. Avec une population de neurones d'environ 85 milliards, chacun entretenant des milliers de connexions, le connectome comprend un réseau incroyablement vaste, avec des centaines de billions de liens. Ainsi, chez l'homme, la recherche sur le connectome se concentre sur les liens entre les régions anatomiques du cerveau ou simplement sur de petites parcelles de tissu cérébral.


Une décennie de réussite



Depuis sa création en 2013, le HBP a apporté des avancées scientifiques impressionnantes aux neurosciences. Par exemple, il a livré l'atlas le plus détaillé à ce jour du cerveau humain, contribué à mesurer la conscience elle-même, avancé la connaissance des mécanismes neuronaux sous-jacents à la vision ainsi qu'à la mémoire, amélioré la chirurgie de l'épilepsie avec des modèles cérébraux numériques, développé un implant cérébral pour aider les aveugles à voir, ainsi que des technologies neuro-dérivées développées pour rendre les machines plus intelligentes.

Le HBP a été un pionnier dans l'utilisation du big data et du super-calcul pour simuler des fonctions complexes du cerveau, tout en les comparant aux dernières théories des neurosciences. Aujourd'hui, le HBP construit le premier jumeau numérique du cerveau humain et a apporté une contribution majeure à notre compréhension du fonctionnement du cerveau.

L'un des principaux résultats du Human Brain Project est la capacité d'adapter et de personnaliser les modèles cérébraux. Le pouvoir prédictif de ces modèles a progressivement augmenté et peut être d'un avantage majeur dans la découverte de biomarqueurs précoces pour des maladies telles que la maladie d'Alzheimer.


L'étude du Human Brain Project offre un aperçu de l'organisation des récepteurs des neurotransmetteurs

Les chercheurs du Human Brain Project et des institutions collaboratrices ont fait des progrès significatifs dans la compréhension de la distribution des récepteurs dans le cerveau. Ils ont mené une étude cartographique complète, publiée dans Nature Neuroscience en juin 2023.

L'un des principaux défis des neurosciences est de comprendre comment le cerveau peut s'adapter à un monde en évolution malgré son anatomie relativement statique. La connectivité entre les différentes zones du cerveau, à la fois structurellement et fonctionnellement, joue un rôle crucial dans ce processus. Cependant, pour bien comprendre la dynamique et les fonctions du cerveau, il faut ajouter une autre pièce du puzzle : les récepteurs.

Les récepteurs sont des molécules vitales impliquées dans la transmission des signaux dans le cerveau. Alors que la transmission d'informations dans un neurone se fait par des signaux électriques le long de l'axone, la communication entre les neurones nécessite souvent la libération de molécules de neurotransmetteurs dans l'espace extra-cellulaire, où elles se lient aux récepteurs du neurone cible.

Les chercheurs du HBP ont utilisé l'autoradiographie pour examiner la densité des récepteurs de neurotransmetteurs sur de fines coupes de cerveau in vitro. Ils ont analysé la densité de 14 types différents de récepteurs de neurotransmetteurs dans 109 zones du cortex du macaque. Ces données ont ensuite été intégrées à divers paramètres structurels dans des modèles de neuro-imagerie.


Une nouvelle cartographie des récepteurs corticaux révèle une association entre
l'organisation micro-structurale et les systèmes fonctionnels du cerveau

L'équipe de recherche a découvert deux gradients distincts d'expression des récepteurs par neurone, ce qui leur a permis de cartographier les densités de récepteurs à travers le cortex. Cette percée a mis en lumière la relation entre l'organisation moléculaire et neuronale du cortex. Les deux principaux axes de l'organisation des récepteurs se sont avérés s'aligner sur deux systèmes fonctionnels différents : les réseaux cognitifs sensoriels et les cognitifs externes-internes. Cette association inédite n'avait jamais été décrite auparavant.

Pour approfondir leur enquête, les chercheurs ont intégré les données nouvellement acquises sur les récepteurs de neurotransmetteurs à plusieurs couches d'informations anatomiques et fonctionnelles, créant un espace cortical commun dans la surface corticale de Yerkes19, un modèle de primate non humain fréquemment utilisé.

Les données générées par cette étude sont mises à la disposition d'autres neuro-scientifiques computationnels, leur permettant de créer des modèles biologiquement informés. En fait, une partie des données a déjà été utilisée dans un modèle informatique étudiant comment la dopamine influence le flux d'informations au sein du réseau de mémoire de travail fronto-pariétal.

Les efforts des chercheurs pour cartographier la distribution des récepteurs dans le cerveau ont fourni des informations précieuses sur l'organisation et la fonctionnalité du cortex. Cette avancée dans la compréhension du paysage des récepteurs du cerveau pourrait ouvrir la voie à de nouvelles recherches et au développement de modèles informatiques plus précis, approfondissant finalement notre compréhension de l'adaptabilité et du fonctionnement du cerveau dans un monde en mutation.

Améliorer le taux de réussite chirurgicale des patients épileptiques


Les chercheurs simulent une version numérique du cerveau de chaque patient à l'aide de The Virtual Brain – un outil de calcul disponible sur EBRAINS – qui peut ensuite refléter la propagation de l'activité épileptique dans le cerveau d'un patient. Cette connaissance permet ensuite aux neurochirurgiens de cibler plus précisément les zones épileptogènes lors de la chirurgie.

Enseigner la vision et le toucher aux robots

Sur la nouvelle infrastructure de recherche EBRAINS, des neuroscientifiques cognitifs, des modélisateurs informatiques et des roboticiens travaillent désormais ensemble pour apporter un nouvel éclairage sur les mécanismes neuronaux sous-jacents, en créant des robots dont le fonctionnement interne imite le cerveau.

Pour comprendre la cognition, ils doivent explorer comment le cerveau agit en tant que partie du corps dans un environnement. Les neurosciences cognitives et la robotique ont beaucoup à gagner l'une de l'autre à cet égard. Le Human Brain Project a réuni ces communautés, et maintenant avec son infrastructure permanente, il est plus facile que jamais de collaborer.

Pour accélérer ces recherches, le robot a été recréé en simulation sur la Plateforme Neuro-robotique de l'infrastructure de recherche EBRAINS. Tous les outils de code et d'analyse des travaux sont ouverts sur EBRAINS, afin que les chercheurs puissent mener leurs propres expériences.

Complexité cérébrale et conscience

Simulation du cerveau complet, montrant différents états cérébraux et niveaux de conscience, intégrant des éléments méso- et micro-corticaux.

Si la physique explique tous les phénomènes de l'univers, et si la conscience fait partie de l'univers, alors il semble que la physique puisse expliquer la conscience. Nous avons besoin de mieux comprendre comment le cerveau crée des modèles : du monde, d'un moi dans le monde et d'un moi expérimentant subjectivement le monde.

Perception d'objet et mémoire

La compréhension des objets et des scènes implique de déterminer, à tout le moins, ce qu'il y a dans une image et où se trouvent les choses. De plus, les chercheurs veulent connaître des informations sur la scène et comment les objets qui s'y trouvent sont spatialement liés. Les paradigmes dominants traitent cela principalement comme un problème de reconnaissance de formes qui implique l'apprentissage d'une représentation d'images basée sur un filtre qui facilite le problème de détection et de classification. En revanche, les travaux sur la reconnaissance apportent souvent des connaissances 3D sur les objets de diverses manières.

La compréhension de la scène, contrairement à la reconnaissance des objets, tente d'analyser les objets dans leur contexte en ce qui concerne la structure 3D de la scène, sa disposition et les relations spatiales, fonctionnelles et sémantiques entre les objets. Les recherches dans ce domaine combinent la détection/reconnaissance d'objets avec la reconstruction 3D et le raisonnement spatial. Les scientifiques pensent que l'analyse intégrée des caractéristiques d'image de bas niveau, associée à des modèles d'objets sémantiques et 3D de haut niveau, permettra une solide compréhension de la scène dans des environnements complexes et ambigus et fournira la base d'un raisonnement plus approfondi.

Neuroprothèse visuelle intégrale Neurolight

Environnement matériel/logiciel pour 
l'expérimentation de neuroprothèses visuelles


La recherche a abouti aux premiers implants cérébraux intra-corticaux testés chez des personnes aveugles. Une rétine artificielle encode les schémas visuels des images capturées par les lunettes de caméra et les envoie sous forme de signaux neuronaux au cerveau via une prothèse implantée dans le cortex visuel, générant des perceptions visuelles utiles, telles que des formes et des lettres, chez les personnes aveugles.

L'objectif est d'aider les personnes aveugles à retrouver, même partiellement, leur vision fonctionnelle grâce à des implants cérébraux. Il en résulte que la rétine artificielle est capable de prédire le niveau d'activation des neurones ganglionnaires d'une rétine biologique lors de la perception d'images. Ce niveau d'activation neuronale est transformé en paramètres de stimulation électrique pour l'électrode implantée dans le cerveau.


Prochaines étapes


S'appuyant sur les succès du projet sur le cerveau humain, la Commission travaille actuellement avec les États membres sur une initiative plus large. Notamment, les États membres ont demandé davantage de collaborations et de coordination pour la recherche sur la santé cérébrale par le biais d'un partenariat stratégique qui renforcerait certainement la position de l'Europe sur la scène mondiale de la recherche sur le cerveau. Digital Brain Research jouera un rôle important dans le cadre d'un tel partenariat.

La prochaine décennie de recherche sur le cerveau numérique – Une vision des neurosciences à l'intersection de la technologie et de l'informatique

La recherche sur le cerveau est incontestablement entrée ces dernières années dans une nouvelle ère, portée par des avancées méthodologiques substantielles et l'intégration et la modélisation de données numériques à plusieurs échelles – des molécules à l'ensemble du système. Des avancées majeures émergent à l'intersection des neurosciences avec la technologie et l'informatique.

Cette nouvelle science du cerveau intègre une recherche fondamentale de haute qualité, une intégration systématique des données à plusieurs échelles, une nouvelle culture de collaboration à grande échelle et une traduction en applications. Une approche systématique, à l'instar du projet européen sur le cerveau humain, sera essentielle pour relever les défis médicaux et technologiques urgents de la prochaine décennie.

Les travaux ont été lancés par le Conseil des sciences et de l'infrastructure du Human Brain Project. Le manuscrit est un document vivant qui est développé plus avant dans un processus participatif. Désormais, toute la communauté de la recherche est invitée à contribuer à façonner la vision en soumettant des commentaires.

Les objectifs de ce document sont

* Développer un concept pour la prochaine décennie de recherche sur le cerveau numérique.

* En discuter avec l'ensemble de la communauté de la recherche, dans le but d'identifier des points de convergence et des objectifs communs.

* Fournir un cadre scientifique pour le développement actuel et futur d'EBRAINS.

* Informer et engager les parties prenantes, les organismes de financement et les instituts de recherche concernant les futures recherches sur le cerveau numérique.

* Identifier et traiter les principaux enjeux éthiques et sociétaux.

Bien que l'équipe ne prétende pas qu'il existe une approche "taille unique" pour aborder ces aspects, elle est convaincue que les discussions autour du thème de la recherche sur le cerveau numérique contribueront à faire progresser le domaine plus large des neurosciences.


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dimanche 20 mars 2016

Proprioception – Sixième Sens : Relation avec le Développement Cérébral de l'Enfant



C'est la perception que nous avons de notre corps au repos ou en mouvement

Nous connaissons tous l’existence de nos cinq sens: l’ouïe, l’odorat, le toucher, la vision et le goût. Or, il en existe un autre que nous utilisons constamment: la proprioception. Celui qui pourrait être qualifié de sixième sens demeure trop souvent méconnu malgré le fait qu'il nous permette d'améliorer plusieurs aspects de nos mouvements en commençant par l'équilibre et les performances sportives.

La proprioception  formée du latin proprius (propre), et de ception (sensibilité profonde)  désigne la perception, consciente ou non, de la position des différentes parties du corps. Elle fonctionne grâce à de nombreux récepteurs sensoriels situés dans l’oreille interne, les muscles et les tendons.

La proprioception regroupe les récepteurs et l'ensemble des terminaisons nerveuses permettant à un individu de connaître la position et les mouvements de son propre corps sans avoir à les observer visuellement.

La proprioception nous est indispensable, notamment lors des déplacements ainsi que pour assurer la coordination de nos mouvements. Elle se compare à un GPS qui nous permet de percevoir à chaque instant la position exacte de notre corps en 3 dimensions. Une bonne proprioception nous permet d’écrire lisiblement, de marcher en ligne droite, de danser en suivant le rythme de la musique et de bien se produire lors d’une activité physique.

Le corps humain est composé de muscles permettant la réalisation de mouvements ainsi que la stabilisation posturale. Ces muscles sont effecteurs, freinateurs ou en soutien suivant l'action effectuée. Pendant les exercices, des forces sont transmises pour courir, sauter, se déplacer, lancer, etc. et celles-ci sollicitent la jonction haut du corps  bas du corps, ainsi que les articulations.


Système proprioceptif

Il est composé d’une série de récepteurs nerveux se trouvant dans les muscles, les articulations et les ligaments.

Leur rôle est de détecter le degré de tension musculaire et le degré d’étirement musculaire. Ces informations sont envoyées vers la moelle et le cerveau afin d'être traitées. Une fois ces informations traitées, le cerveau les envoie aux muscles afin d’effectuer les réglages nécessaires quant à la tension et l'étirement musculaire et afin d’obtenir le mouvement désiré.

Les propriocepteurs font partie d’un mécanisme de contrôle de l’exécution du mouvement. Il s’agit d’un processus subconscient et très rapide que nous effectuons par réflexe.

Des capteurs ultra-sensibles


Ceux de la proprioception sont situés dans les muscles, les tendons et les articulations. Appelés mécanorécepteurs, ils détectent le moindre changement dans la position de nos articulations ainsi que la vitesse de nos mouvements. Les renseignements ainsi recueillis sont acheminés au cerveau qui les analyse et, selon les besoins de la situation, réagit en contractant ou en relâchant certains muscles. Le cerveau intègre les informations transmises par les mécanorécepteurs à celles des autres sens comme la vision.

La sensibilité proprioceptive. La proprioceptivité concerne la sensibilité profonde. Elle achemine les informations captées au niveau des récepteurs proprioceptifs des articulations, des tendons, des ligaments, des muscles et assure la perception des sensations posturales.

Les récepteurs


Ils informent les centres nerveux de nos mouvements en mesurant le degré d’étirement des tendons et des muscles. Ces propriocepteurs sont situés à l’intérieur des fuseaux neuro-musculaires, mais également à l’intérieur des fuseaux neuro-tendineux.

* Les fuseaux neuro-musculaires sont des mécano-récepteurs sensibles à l’étirement des muscles squelettiques et la vitesse d’étirement. Ce sont des récepteurs phasiques.
* Les fuseaux neuro-tendineux sont des mécano-récepteurs sensibles à la longueur et à la tension des tendons. Ce sont plus particulièrement des organes tendineux de Golgi, en série avec les fibres musculaires contractiles, sensibles aux forts étirements, mais aussi aux raccourcissements. Ces récepteurs sont situés à la limite muscle/tendon.
* Les récepteurs kinesthésiques des articulations qui mesurent les étirements dans les capsules articulaires. Ils informent le cerveau de la position et des mouvements des articulations.

Propriocepteurs


Ce sont les récepteurs qui permettent de fournir l’information de notre position et sont situés à différents niveaux :

* Fuseaux neuromusculaires dans les muscles ;
* Organes tendineux de Golgi dans les tendons ;
* Organes de Ruffini, de Golgi et de Pacini dans les ligaments des articulations ;
* Corpuscules de Pacini dans la paume des mains ;
* Corpuscules de Pacini dans la plante des pieds.

Les récepteurs dits proprioceptifs sont capables d'avoir une réaction face à une excitation provoquée par ou sur un organe et transmettent l'information.

Proprioception et Équilibre


Les propriocepteurs captent l’information (tension, pression) et la transmettent au système nerveux qui décide alors de contracter ou non certains muscles pour maintenir l’équilibre. Cette information complète celle de la vision en permettant des micro-ajustements très rapides. Le système proprioceptif intervient en permanence pour maintenir notre équilibre dès que l’on est en position instable, sur un sol meuble, lors d’une descente en ski, sur un skate ou sur un surf par exemple. Et c’est justement par la pratique que le skieur, skateur, surfeur améliore son sens de l’équilibre.

Mettre en situation de déséquilibre stimule d’abord et essentiellement les centres de l’équilibre (oreille interne) mais aussi les capteurs cutanés plantaires ainsi que la vue (repère d’horizontalité).

Les situations de déséquilibres sollicitent des ajustements réflexes très rapides alors que la conscience est principalement orientée vers des repères environnementaux. La troisième voie peut être stimulée par des exercices qui nécessitent un contrôle gestuel à partir de repères internes, sans mettre le pratiquant en situation de déséquilibre.

Position du corps dans l’espace


1. Vision. La vision constitue le système le plus important en permettant au corps de se situer dans l’environnement. Le capteur oculaire fournit deux types d'informations fondamentalement différentes. La première est l'information visuelle proprement dite. Il s'agit de la transmission au système nerveux central de l'image rétinienne ainsi que ses variations dans le temps. Quant à la seconde, elle est liée à la tension des muscles oculomoteurs externes. En ce qui concerne l'information rétinienne, elle donne des informations à la fois sur la position et sur le mouvement du corps dans l'espace.

2. Le système vestibulaire. Il permet de situer la position de la tête. Cela grâce à un système de récepteur situé dans l’oreille. Grâce à cette propriété le cerveau est informé des mouvements absolus de la tête et du corps dans l'espace.

Fibres musculaires intrafusales
3. Tous les organes sensoriels envoient l'information reçue au cerveau par la moelle épinière située à l'intérieur de la colonne. Une fois ces informations traitées, le cerveau les renvoie aux muscles afin d’effectuer les réglages nécessaires quant à la tension et l'étirement musculaire et afin d’obtenir le mouvement désiré. C'est un processus inconscient et très rapide.

4. L'effecteur musculaire. La réponse motrice semble être la réponse la plus souvent retenue par les différents centres nerveux, en retour d'informations en provenance des différents capteurs sensoriels. C'est essentiellement au niveau du rachis que l'effecteur musculaire revêt sa plus grande importance.

5. Le capteur podal. Le pied est l'organe sensoriel primaire de l'équilibration. Il nous informe sur la géométrie de la zone d'appui corporel au sol mais également sur les caractéristiques de la force de réaction qui s'exerce sur cette zone.


Proprioception consciente e inconsciente



* La proprioception consciente
Elle concerne la sensibilité articulaire. Elle empreinte les mêmes voies que la sensibilité extéroceptive fine. Ces voies de la proprioception consciente se projetent sur le cortex et permettent d'être conscient de la position de notre corps dans l'espace.

* La proprioception inconsciente
Elle concerne la sensibilité musculo-tendineuse. Les voies de la proprioception inconsciente se projettent au niveau du cervelet et interviennent dans le contrôle de la posture. Leurs afférences  voies motrices – ne parvenant pas au cortex, elles restent inconscientes.

On fait attention à ce processus, par exemple, lorsque nous apprenons à danser ou à vélo, nous sommes conscients des sensations et des mouvements. Et la perception de la position musculaire est la proprioception consciente.

Une fois que nous apprenons la danse, l'équitation ou le vélo, nous n’y prêtons plus attention et le processus devient inconscient.


Sensibilités tactiles et proprioceptives  du fœtus vers la seizième semaine de gestation


In utero, l’activation des différents mécano-récepteurs et des récepteurs proprioceptifs musculaires et tendineux est assurée par l’exercice de la motricité fœtale, des déplacements maternels, des pressions sur le ventre maternel et des contractions utérines.

Les nombreuses cellules réceptrices des stimulations mécaniques sont présentes sur une bonne part de la surface cutanée, en particulier au niveau de la face et la région péri-orale, vers 14 semaines de gestation.

Le cerveau commence à prendre le contrôle des mouvements. Il augmente la capacité du bébé à répondre aux stimuli. Il est sensible au toucher et si l’on appuit sur le ventre de la mère il peut tressaillir.

Le fœtus apprend à interagir avec l'environnement, c'est ce qu'on appelle proprioception. Il sera également en mesure d'ouvrir et fermer les yeux, tenir sa tête vers le haut, ouvrir la bouche, la mère va commencer à sentir ses mouvements. À cette période, un test sanguin peut être fait pour détecter un possible syndrome de Down ou de spina bifida et l'utérus et le placenta vont continuer à croître pour que le bébé soit à l’aise.


Relation entre le mouvement et le développement cérébral de l’enfant

Pour arriver à représenter en temps réel la position de notre corps en trois dimensions comme un GPS pourrait le faire, la proprioception a recours à un système de référence  le schéma corporel  et constitue une représentation mentale du corps humain. Le schéma corporel est élaboré durant l’enfance et il est constamment mis à jour en fonction de ce que nous faisons et de ce que nous subissons, comme une blessure, un changement de poids, une poussée de croissance à l’adolescence, etc.

La mise en place du schéma corporel est progressive, l'enfant reconnaît lentement les différentes parties de son corps et du corps de l'autre. Vers 3 ans, l'enfant peut se représenter de manière grossière dans le dessin d’un bonhomme.

L’installation du schéma postural, qui dépend de l’installation d’un tonus de posture axial très précoce, permet le soutien des séquences naturelles pour marcher, parler et penser. Chez l’Humain bipède, la corrélation entre l’acquisition de la mastication et celle d’une marche équilibrée témoignant d’une certaine autonomie n’est acquise que tardivement vers  18 mois, en raison de l’obstacle représentée par la gravité, alors qu’elle l’est très tôt chez la plupart des quadrupèdes. Ainsi, la persistance des réflexes oro-faciaux primaires et de certains réflexes dynamiques au-delà de cette période de deux ans entrave la croissance maxillo-faciale tout autant que l’installation d’un schéma postural adapté pour la mise en place de praxies (coordination des mouvements volontaires) plus complexes.

L’organisation spatio-temporelle. En relation avec les expériences kinesthésiques, visuelles et auditives, la notion d'espace se construit progressivement par l'intermédiaire de la proprioception corporelle dans un système unifié : le système proprioceptif. Les notions de haut et de bas, de devant et de derrière, ainsi que de dessus et de dessous sont acquises vers 6 ans et sont nécessaires à l'apprentissage de la lecture et de l'écriture. Au même moment, les liens entre le cerveau droit et le cerveau gauche s’établissent grâce à la myélinisation  processus au cours duquel les cellules sont recouvertes d’une couche de myéline permettant une transmission plus rapide des influx nerveux  et à des structures inter-hémisphériques (corps calleux). En même temps se développe la notion de temporalité et de rythme. Cette organisation spatio-temporelle serait à l’origine des capacités d’automatisation permettant au cerveau de construire et de développer les aptitudes aux différents apprentissages.

L’appareil vestibulaire est l’organe sensoriel de l’équilibre. Situé dans l’oreille interne, il se développe avant la naissance et permet de percevoir les mouvements de la tête. Les gestes, les rotations ou la gravité y sont traités, pour stabiliser le regard, contrôler la posture et le tonus musculaire, bref, garder l’équilibre. Une défaillance de ce système complexe peut freiner l’autonomie psychomotrice de l’enfant.

La découverte de problèmes vestibulaires et proprioceptifs aide à comprendre la façon de se comporter de certains enfants. Constamment à la recherche d’appuis sur le sol pour se repérer et parvenir à l’équilibre, certains ne se sentent à l’aise que dans des sièges enveloppants avec accoudoirs et repose-pieds. D’autres appréhendent les positions assise et ventrale et se déplacent sur le dos. D’autres encore posent le front par terre quand ils avancent à quatre pattes, pour bénéficier de cinq points d’appui. On comprendra aussi pourquoi certains enfants marchent tard et font des chutes malgré un bon contrôle de leur tonus quand ils se tiennent debout. En fait, chaque fois qu’une rotation de la tête est effectuée, celle-ci n’est pas correctement perçue ; l’enfant ne peut pas stabiliser sa vision, tout semble basculer autour de lui et il tombe.

On pourrait dire que l'esprit doit savoir où est le corps en permanence. Si l'esprit de l'enfant ne peut pas localiser les différentes parties du corps tout en étant assis au repos, alors l'enfant devra activement déplacer les muscles ou s'asseoir sur ses pieds pour que l'esprit se “sente connecté” avec le corps, tandis que l'enfant regarde au tableau noir et s'intéresse à l'enseignant. Malheureusement, un enfant qui se déplace en permanence sur sa chaise en regardant fixement le maître sera identifié fréquemment comme ne pas faisant attention et recevra l'étiquette de trouble de déficit de l'attention.

En outre, ce même enfant qui n'a pas développé le sens de la conscience spatiale et ne sent pas où est son corps dans l'espace, manque également d’un sens interne du mouvement quand il regarde des formes abstraites comme des lettres ou des chiffres. Les yeux de l'enfant suivent le mouvement, les lignes et les courbes des lettres et des nombres, mais les formes ne sont pas enregistrées. L'enfant oubliera les formes et ne se souviendra pas de quel côté est le 2 ou le 3, ou quelle est la lettre “b” et “d”. Fréquemment, en plus d’être considéré comme DDA, ces enfants qui ont des difficultés de la proprioception sont également diagnostiqués avec des troubles d'apprentissage liés à la mémoire visuelle et au traitement visuel.

Enfin, si le sens du toucher de l'enfant n'est pas entièrement intégré, ce qu’il peut survenir après un accouchement rapide, une césarienne ou l’utilisation des forceps, l'enfant est hypersensible et parfois hipo sensible à la stimulation tactile. Ce sont les enfants qui veulent supprimer les étiquettes sur le col des vêtements ou qui vont retourner les chaussettes pour ne pas sentir les coutures. Souvent ils ne veulent pas porter des pantalons longs, des manches longues ou des vestes, parce qu'ils sentent constamment le tissu froissé contre la peau en bougeant les bras ou les jambes. Leur cuir chevelu est hypersensible et ils n'aiment pas qu'on brosse ou peigne leurs cheveux. Ils n'aiment pas qu’on coupe les ongles.

Ce sont des enfants qui s’éloignent des autres enfants et semblent souvent timides, parce qu'ils ont peur d'être touchés involontairement par un autre enfant et peuvent parfois sentir cette touche comme un coup de poing ou une gifle. Ces enfants semblent parfois agressifs, frappent les autres enfants en légitime défense, après avoir été “touché” par les autres enfants. C'est comme si cette petite “touche” ou “choc” soit amplifié une centaine de fois.

En général, les enfants avec n'importe lequel de ces problèmes d'intégration sensorielle ont souvent des difficultés de relations avec d'autres enfants. Leurs yeux et leur esprit sont trop occupés avec la tâche de tenter à maintenir l'équilibre, à savoir où ils sont dans l'espace et à éviter d'entrer en collision avec d'autres objets et autres personnes. Ces enfants sont impliqués dans des activités simultanées multiples (multitâche) et n'ont pas le luxe de liberté d’esprit et de pensée pour faire attention aux signaux subtiles non verbaux des enfants qui les entourent. Et puisque la communication est essentiellement non verbale, leur relation avec d'autres enfants est affectée.

En outre, parce que ces mêmes enfants avec une ou plusieurs difficultés d'intégration sensorielle sont toujours dédiés à des activités simultanées multiples, leur système nerveux est constamment sous stress.

Le système nerveux sympathique de ces enfants étant “se battre et s'enfuir”, ils essaient seulement à survivre chaque jour. Les enfants qui fonctionnent principalement dans ce système nerveux de tension ne sont pas, par définition, au moment présent. Ils ne peuvent pas faire attention ou se concentrer sur un seul stimulus à la fois parce que leur survie dépend de pouvoir faire attention à beaucoup de choses différentes dans leur corps et dans leur environnement, le tout en même temps.

Ce sont des enfants souvent catalogués comme hyperactifs. Leurs pupilles sont souvent dilatées, leurs mains et pieds sont souvent froids, ils sont hyper-vigilants et sont distraits facilement, ils ont une hypersensibilité au son et ont du mal à concentrer leur attention. Leurs mouvements sont saccadés et mécaniques et leur digestion est affectée. Ils sont également extrêmement sensibles aux effets du sucre et de la caféine et, dans le cadre de la journée, sont en alternance entre la colère et l'apathie.

Enfant autiste
Un esprit stressé fonctionne en mode de survie. Dans ce mode de survie, un enfant ne peut pas accéder à ses centres supérieurs de l'apprentissage, et, par conséquent, de nouvelles synapses et des connexions neuronales ne se font pas facilement.

Des noms tels que troubles DDA, TDAH, troubles du langage, troubles de l'apprentissage et toute la gamme des troubles autistiques, en fait représentent peut-être une gravité accrue dans un dysfonctionnement d'intégration sensorielle. Un enfant avec DDA a un système proprioceptif mal intégré, et cela peut aussi créer des troubles dans le traitement visuel. Un enfant souffrant de problèmes de traitement auditif, surtout s’il oublie ce qu’il doit faire pour déplacer son corps, a peut-être des problèmes vestibulaires. Un enfant avec l'étiquette de l'autisme a une déficience grave dans son système proprioceptif, vestibulaire et tactile, ainsi qu’un métabolisme faible et un tube digestif "perforé".

Bactérie intestinale bénéfique
Quand un enfant a eu une histoire d’utilisation fréquente d’antibiotiques (en particulier dans les deux premières années de vie), une alimentation riche en sucres simples, ou a subi beaucoup de stress, il peut manquer de la majorité des bactéries intestinales bénéfiques. Les levures qui causent l'inflammation et la perte d'intégrité de la paroi intestinale peuvent alors proliférer. Des protéines partiellement digérées de différents aliments, tels que le soja, le gluten de blé et la caséine du lait, sont ainsi absorbés par la paroi intestinale enflammée et “perforé” plutôt que d'être éliminées dans les selles de l'intestin. Ces protéines partiellement digérées sont ensuite traitées au sein de l'organisme et ses sous-produits toxiques peuvent traverser la barrière hémato-encéphalique et entrer dans le système nerveux central touchant les centres du langage et autres zones sensibles du cerveau.


Guérir le système nerveux de l’enfant



* Les activités de mouvement rythmiques, harmonieuses, non compétitives, telles que la marche, la randonnée et la natation. Des activités saines, à la maison, à l'école et en plein air dans la nature.

* Des thérapies de mouvement qui renforcent l'équilibre, la proprioception et le toucher. Ces thérapies de mouvement qui se font souvent pour aider à intégrer le système sensoriel de l'enfant doivent être douces et lentes. Veiller à ne pas encore activer le système nerveux sympathique, “le système du stress”.

Si les thérapies de mouvement deviennent trop rapides ou trop compétitives, les connexions ne peuvent pas se faire. L'enfant doit être détendu dans le système nerveux parasympathique, pour pouvoir former de nouvelles connexions. L'enfant a besoin d'être absorbé par le moment présent, rempli d'amour et d'enthousiasme pour son activité. Le thérapeute doit être présent devant le mouvement de l'enfant et complètement dédié à l'enfant d'une manière aimante afin que l'enfant puisse se détendre, se déplacer et créer de nouvelles connexions neurologiques.

* On doit arrêter l’administration des stimulants à l’enfant. Ces stimulants peuvent, il est vrai, diminuer ou inhiber les voies qui se disputent l'attention de l'enfant, mais on ne sait pas encore comment ils affectent la capacité d'apprentissage future de l'enfant.

* Un environnement éducatif qui enseigne aux enfants le monde en utilisant tous ses sens, y compris la vue, l'ouïe et surtout les expériences éducatives par le biais de la pratique. Notre culture et même certains établissements scolaires, avec sa dépendance à la télévision, ordinateurs et jeux vidéo pour l'éducation, ne sont pas en train de développer ni l'esprit ni les sens des enfants.

* Les sports de compétition sur-stimulent et activent chez les très jeunes enfants, le système nerveux du “stress”.

* Les aliments contenant beaucoup de sucre, le manque d'acides gras oméga 3 (trouvés dans l’huile de foie de morue, poissons, noix, huile de lin, algues, légumes à feuilles vertes foncées et le lait maternel). Dormir peu, un mode de vie sédentaire (les enfants vont en voiture au lieu de marcher), tout cela constitue un obstacle à la myélinisation et la formation des voies neurologiques des enfants.

* Les toxines dans notre environnement, notamment la teneur en mercure dans certains vaccins, affectent également ces voies sensibles.

* Promouvoir un mode de vie sain qui inclut des éléments nutritifs, un sommeil suffisant et le débranchement de la télévision, les vidéos et les ordinateurs.

Source : Dr Susan R. Johnson, MD, FAAP, Pédiatre à Raphael House, Fair Oaks, Californie



Le fonctionnement de la proprioception


La proprioception fonctionne comme un GPS dont l'écran principal serait à l'intérieur du cerveau. Elle nous permet de percevoir en temps réel la position exacte de notre corps en 3D, rendant ainsi possibles l'écriture, la marche, la danse et de meilleures performances sportives.

Les capteurs proprioceptifs sont, avec les systèmes visuels et vestibulaires, des exocapteurs permettant de recueillir des informations provenant du monde extérieur (position, vitesse angulaire, pression intra-articulaire, etc.). Ces capteurs sensitifs situés à l'intérieur des muscles, des tendons et des capsules articulaires transmettent leurs informations au système nerveux central, qui va "réagir" pour équilibrer et stabiliser le corps par rapport à la situation en cours et à venir.

La proprioception est à l’origine des qualités de coordination et d’adresse. Ces deux qualités fondent les habiletés motrices.

Son activité est pertinente dans le sport et la vie quotidienne :

Pour les sportifs, une bonne proprioception fournit un plus dans l'exécution du geste technique du sport en question. Un bon appui dans le chut, une position correcte avant le drive, la position idéale dans chaque brassée, une réception sécurisée après un saut. Il est clair que les sports les plus proprioceptifs sont ceux dans lesquels l'athlète change d'orientation et de position en permanence. Par exemple, la gymnastique ou la natation synchronisée. En sport ce sens permet de déclencher, d'améliorer et d'automatiser un mouvement, quelque soit sa propre position et celle de la cible visée (si existante).

Pour la vie quotidienne, la proprioception assure une réponse plus rapide en période d'instabilité ou de besoin de mouvement, lorsque les autres sens ne fonctionnent pas 100%. Par exemple, se lever dans la nuit pour aller aux toilettes avec les lumières éteintes, ou pendant un coup de frein brusque dans le bus.

Proprioception et schéma corporel


Les représentations mentales de nos propres positions, mouvements, vitesses articulaires et de leurs variations, sont réactualisées en particulier par des informations proprioceptives. Ceci est possible grâce à la sensibilité nerveuse propre aux muscles, aux articulations, aux os et aux ligaments.

Ce "sixième sens" nous permet de nous représenter, en statique et au cours de mouvements, la position des segments corporels les uns par rapport aux autres et les angulations articulaires : c'est-à-dire de mettre à jour en permanence la représentation mentale ou idée que l’on se fait de notre posture. Cette représentation mentale est appelée schéma corporel.

Comment améliorer la proprioception


Pour améliorer le système proprioceptif, il suffit tout simplement de toujours l’entraîner. La sédentarité et le manque d'activité physique influencent aussi négativement sur cette qualité physique. Et la proprioception affecte également la posture, le mouvement.

En outre, on doit considérer l'aspect préventif. Lorsqu’on avance en âge, veut-on être agile, léger et dynamique ? Ou veut-on courir le risque d'être maladroit et instable ? Aujourd'hui, dès qu'un dysfonctionnement neuronal est détecté chez 'une personne âgée, la première batterie de test qui est passé est fondamentalement proprioceptive.

Par conséquent, ne pas oublier que tous les exercices physiques, et en particulier le proprioceptif, font travailler également le cerveau. L’entrée et sortie permanente de l'information sensorielle et motore vers et à partir du système nerveux central est un excellent exercice pour l'esprit.

Perte de la proprioception


5 situations qui peuvent altérer votre proprioception

1. La fatigue musculaire. Être assis trop longtemps cause de la fatigue au cou, ce qui peut altérer la proprioception au cou et aux bras. Cela peut occasionner, par exemple, des erreurs involontaires de positionnement de la main sur un clavier, prédisposant la personne aux tendinites et aux tensions musculaires.

2. Une blessure à une articulation comme une entorse à la cheville ou une blessure au genou. Des lésions aux mécanorécepteurs peuvent s’être produites et diminuer leurs capacités proprioceptives. Aussi, le gonflement articulaire et la douleur peuvent faire en sorte que les données envoyées au cerveau perdent de leur qualité. La guérison d'une blessure n'est pas automatiquement associée à une récupération automatique de la proprioception. Des exercices spécifiques sont souvent utiles à cet égard.

3. Des problèmes neurologiques. Une personne en mauvaise santé peut déceler un mouvement de moins de 1 degré. Par exemple, les personnes atteintes de la maladie de Parkinson ont souvent du mal à percevoir un changement de 6 degrés.

4. Certaines malformations comme une scoliose. L'asymétrie de la posture peut contribuer à modifier la proprioception. Une personne dont la posture est asymétrique pourrait, sans s’en rendre compte, mettre beaucoup plus de poids sur un pied que l’autre.

5. Les années qui passent, particulièrement chez les personnes sédentaires. La diminution de proprioception peut, chez les personnes plus âgées, se présenter sous différentes formes, dont un ralentissement des réactions d’équilibre et une altération de la qualité de l'écriture. Ces problèmes sont souvent palliés par les repères visuels; un mécanisme d’adaptation qui a ses limites.