LA COORDINATION DES MOUVEMENTS RYTHMIQUES :
APPROCHE DYNAMIQUE


 
Le docteur Christophe Habas a participé en qualité de Chairman aux deuxièmes Assises de la Fédération Française des Organismes de Formation Continue en Kinésithérapie (F.F.O.F.C.M.K.).
Au delà de l’animation de la session du matin, il nous a fait part des derniers travaux qu’il a engagés sur la coordination motrice. FMT mag vous propose là un extrait d’un article en cours de publication dans la revue Neurologique. Le texte risque de paraître ardu à certains lecteurs, mais il s’agit de recherche fondamentale. Etape préliminaire réservée à quelques initiés qui, après vérification de leurs hypothèses, informeront un public plus large dans un langage plus accessible. Il nous est apparu intéressant de publier cet article pour l’intérêt kinésithérapique qu’il suggère et pour montrer aussi qu’on ne s’improvise pas chercheur et encore moins auteur de recherche.
Le kinésithérapeute a besoin pour enrichir ses compétences d’écrits lisibles dont il pourra trouver des applications dans sa pratique, mais il peut avoir le plaisir d’approfondir ses recherches personnelles et la conceptualisation de ses techniques ce que peut suggérer cet article.

L' approche dynamique envisage la coordination motrice non en termes de programmation séquentielle et supervisée, mais comme le résultat d’une auto-organisation spontanée. Par le simple jeu des interactions transitoires et locales des aires sensori-motrices, et donc sans programme moteur préexistant, émergerait un comportement neuronal collectif, stable, cohérent et reproductible à la base des synergies rythmiques volontaires. L’expérience conduite a porté sur des mouvements bi-manuels en phase et en opposition de phase. Il est alors postulé que les propriétés de ce comportement collectif règlent et reflètent les contraintes couplant les mouvements indépendants des effecteurs en une unité synergique. Aussi importe-t-il de remonter du mouvement des effecteurs à la commande cérébrale, en déterminant expérimentalement :

(1) l’ensemble des synergies possibles pour une classe de mouvements donnés,
(2) les paramètres qui en contrôlent le choix,
(3) les lois particulières des mouvements des effecteurs enfin
(4) les lois générales décrivant leur asservissement en une synergie globale, lois qualitativement identiques à celles du comportement cérébral collectif.

L’approche dynamique de la motricité s’inspire alors de la dynamique des systèmes dissipatifs situés loin de l’équilibre, pour définir la nature singulière de ces propriétés communes (paramètres d’ordre, multistabilité, bifurcation, fluctuation...) naissant d’un processus d’auto-organisation. Cet article se propose d’introduire non seulement les résultats expérimentaux, dans le cadre des mouvements rythmiques des deux mains, qui ont justifié le recours à ce genre de conceptualisation mais aussi les outils théoriques dès lors utilisés pour formaliser la coordination motrice dont la compréhension se trouve profondément renouvelée.

Au cours d’une tâche motrice pluriarticulaire, quelles variables le système nerveux contrôle-t-il pour réduire le nombre élevé de degrés de liberté de chaque articulation concernée et en coordonner étroitement les mouvements individuels ?

Cette question ne saurait être pleinement satisfaite ni par l’étude de la détermination des seules coordonnées intrinsèques du corps ni par la simple mise en évidence de lois empiriques gouvernant le déplacement du seul point de travail, comme l’augmentation de sa vitesse selon le degré de courbure de la trajectoire ou le trajet linéaire de la main vers une cible (Lacquantini, 1989).
Ces lois nous renseignent en amont sur les stratégies neuromotrices retenues et corrélativement, en aval, sur les conséquences cinématiques et dynamiques du couplage interarticulaire mais nullement sur sa nature exacte. Il importe, en effet, de dégager les variables collectives traduisant l’interdépendance des différents protagonistes musculo-squelettiques susceptibles d’être modulées au cours du temps par le système nerveux. Or, l’observation de mouvements complexes révèle quatre propriétés intéressantes :

(1) une grande variabilité du mouvement de chaque composante monoarticulaire,
(2) l’invariance de certaines relations comme les rapports angulaires entre différents segments de membres, ou de phase entre mouvements simultanés (Massion, 1997),
(3) la coexistence pour un même objectif moteur de différentes synergies stables, reproductibles mais en nombre limité comme, par exemple, dans la diadococinésie : des mouvements en phase ou en opposition de phase (Kelso, 1984), et
(4) la possibilité de passer d’une synergie à une autre sous l’action de certains paramètres non spécifiques.

Les deux premiers points illustrent la possibilité d’asservir en une synergie globale les mouvements individuels en contrôlant des variables collectives, avec néanmoins suffisamment de flexibilité pour s’adapter aux différents contextes biomécaniques.

Par synergie, il faut entendre le couplage de différents éléments musculo-squelettiques séparés, mais concourant momentanément à un même mouvement, en une unité fonctionnelle, en imposant des relations fixes entre chacun d’eux, ce qui «gèle» des degrés de liberté. Les variables collectives expriment ces relations fixes. Les deux derniers points, quant à eux, montrent que le répertoire des modes stables de coordination s’organise autour d’un ensemble fini de synergies préexistantes, actualisées et non prescrites par certains paramètres, dits de contrôle. Le paradigme expérimental consiste alors à perturber de manière contrôlée le système situé dans un état stable, et à étudier alors soit son retour à l’état d’équilibre initial, soit son changement d’état, afin d’établir pour chaque type de mouvements rythmiques volontaires (marche, nage, élocution...) :

(1) la nature des variables collectives et des paramètres d’ordre,
(2) leurs relations mutuelles, et
(3) la loi générale décrivant l’évolution du système.

Certains chercheurs (Kelso, 1984; Schöner et Kelso, 1988) rapprochèrent les propriétés motrices énumérées ci-dessus de celles similaires manifestées par les systèmes dissipatifs situés loin de l’équilibre (comme, par exemple, un oscillateur harmonique auto-entretenu). Ils employèrent, en retour, les outils mathématiques développés pour ces systèmes physiques au système moteur afin de formaliser et d’expliquer l’origine des synergies motrices, tant à l’étage musculo-squelettique qu’à celui du système nerveux central.

L’approche dynamique envisage la coordination motrice non pas en terme de programmation séquentielle et supervisée (programme moteur prédéfini), mais comme le résultat d’une auto-organisation spontanée. Dans le cadre des mouvements rythmiques actifs, l’émergence d’un comportement collectif cohérent entre différentes aires sensori-motrices (par le seul effet de leurs interactions transitoires et locales) sous-tendrait l’encodage des synergies motrices. Et, seul un petit nombre de paramètres non spécifiques en contrôlerait le choix.


Ce processus «auto-organisateur» présenterait plusieurs avantages :
(1) une adaptabilité rapide des actes moteurs (bifurcations et multistabilité),
(2) une robustesse de ces derniers à l’égard du bruit et des perturbations,
(3) une forte capacité d’intégration d’informations variées à moindre coût computationnel.

En outre, s’éclairerait le rôle joué par le cervelet et le striatum qui synchroniseraient les différentes aires sensori-motrices, ainsi que l’AMS et la CCA dans le paramétrage temporel des mouvements et la stabilisation («paramétrique») des synergies. En revanche, il conviendrait d’évaluer s’il est légitime de généraliser ces hypothèses fonctionnelles à tous les types de mouvements, notamment dans le cas des mouvements non rythmiques (Peper et Carson, 1999), ou s’il faut invoquer la coexistence de deux processus différents mais susceptibles de collaborer: l’un en charge des mouvements rythmiques, l’autre en charge des mouvements non-rythmiques (Sternad et al., 2000). Nul doute pour autant que les notions de : stabilité, bifurcation, fluctuation… permettront, y compris le clinicien, de mieux saisir et conceptualiser l’origine et, le cas échéant, les troubles de la coordination des mouvements rythmiques et volontaires.

L’adiadococinésie pourrait survenir à la suite d’une lésion du cervelet postérieur (vermien) et d’un défaut associé de stabilisation paramétrique d’un attracteur instable : f = ? (synergie bi-manuelle en opposition de phase), dès lors plus sensible aux fluctuations aléatoires.

Christophe HABAS

Service Central de Biophysique et de Médecine Nucléaire, Pr A. Aurengo, Hôpital Pitié-Salpêtrière, 83 boulevard de l’Hôpital, F-75013 Paris.
Service de Neuro-radiologie, Pr Cabanis, Hôpital des Quinze-Vingts, 28 rue de Charenton, F-75O12 Paris.
Laboratoire de Neurophysiologie, Dr H. Axelrad, Faculté de Médecine Pitié-Salpêtrière, 91 boulevard de l’Hôpital, F-75013 Paris.