Plasticité fonctionnelle du cerveau et apprentissage moteur

Imagerie et cognition (5)

Functional brain plasticity associated with motor learning

¹ unité de neuro-imagerie fonctionnelle, centre de recherche, Institut universitaire de gériatrie de Montréal, Université de Montréal, 4545, Queen Mary, Montréal, Québec, H3W 1W5, Canada
² unité de neuro-imagerie fonctionnelle, centre de recherche, Institut universitaire de gériatrie de Montréal; Centre d’étude du sommeil et des rythmes biologiques, Hôpital du Sacré-Cœur de Montréal, Montréal, Québec, Canada
³ unité de neuro-imageriefonctionnelle, centre de recherche, Institut universitaire de gériatrie de Montréal; unité mixte de recherche - S 678, Institut national de la santé et de la recherche médicale, Université Paris 6, centre hospitalier universitaire Pitié-Salpêtrière, Paris, France

^* julien.doyon@umontreal.ca

Résumé

Cet article résume les résultats d’une série d’études effectuées dans notre laboratoire pour élucider les substrats anatomiques impliqués dans l’apprentissage de nouvelles séquences de mouvements via les techniques de neuro-imagerie, particulièrement l’imagerie par résonance magnétique fonctionnelle. Après une brève description du modèle que nous avons mis au point et qui a guidé nos travaux sur la caractérisation de la plasticité cérébrale systémique associée à l’acquisition d’habiletés motrices, nous décrivons les changements fonctionnels dynamiques du cerveau régulièrement observés lors des phases rapide, lente, et d’automatisation de l’apprentissage d’une séquence motrice et nous clarifions le rôle joué par le putamen (qui fait partie des noyaux gris centraux), le cervelet et leurs régions corticales motrices associées, dans ce type de mémoire. Finalement, nous rapportons les données d’autres expériences qui démontrent que, suite à la pratique d’une séquence de mouvements, le sommeil lent (et les fuseaux au stade 2 en particulier) contribue au processus de consolidation de la trace mnésique motrice qui a été formée, et que ce phénomène est dépendant d’une augmentation de l’activité neuronale dans le striatum et l’hippocampe.

Abstract

This review presents the results of studies carried out in our laboratory that aim to investigate, through functional magnetic resonance imaging (fMRI), the brain plasticity associated with motor sequence learning, defined as our ability to integrate simple stereotyped movements into a single motor representation. Following a brief description of Doyon and colleagues’ model (2002, 2005, 2009) of motor skill learning that has guided this work, we then describe the functional changes that occur at the different (rapid, slow, automatization) acquisition phases, and propose specific roles that the putamen, the cerebellum and their motor-related cortical areas, play in this form of motor behavior. Finally, we put forward evidence that post-training, non-REM sleep (and spindles in Stage 2 sleep, in particular) contributes to the consolidation of a motor sequence memory trace, and that increased activity within the striatum and/or the hippocampus mediates this mnemonic process.