Organisation anatomo-fonctionnel masquée du cortex sensorimoteur chez l’homme – MotorSensation

Les régions motrices (M1) et sensorielles (S1) primaires contiennent les cartes somatiques les plus détaillées de l'encéphale. Bien que ces cartes montrent des représentations ségrégées de la face, du bras et de la jambe, il existe à l'intérieur de chaque représentation de larges zones de chevauchement et d'entrecroisement. Nombre d'études ont permis de montrer que l'organisation de ces zones n'était pas génétiquement déterminée et pouvait être largement modifiée en réponse à l'exercice, à des stimulations externes ou à des lésions du système périphérique. Toutefois, au-delà de cette plasticité, nombre de spécialistes continuent à partager l'image d'une organisation sensorimotrice essentiellement duale, faite d'une zone précentrale motrice (M1) et d'une région post-centrale sensorielle (S1). Des travaux récents ont fortement affaibli ce modèle en montrant, chez l'animal, que S1 avait d'importantes fonctions motrices (Matyas et al., Science, 2010). Dans le même temps, notre équipe a montré, chez l'homme, que les régions efférentes de M1 mêlaient des signaux à la fois moteurs et sensoriels (Sirigu et al, soumis). Cela suggère que les représentations motrices et sensorielles ne sont pas rigidement ségrégées au sein des aires centrales, mais profondément intégrées les unes aux autres.
Ce projet vise à comprendre comment les signaux moteurs et sensoriels sont représentés dans M1 et S1, chez l'homme. En couplant l'IRM fonctionnelle, l'imagerie du tenseur de diffusion et la stimulation électrique directe chez des patients opérés de tumeurs cérébrales, nous considérerons quatre questions principales. (1) Existe t-il une ségrégation fonctionnelle claire entre les représentations sensorielles et motrices portées par M1 et S1? Sinon, comment ces représentations sont-elles intégrées? Une question complémentaire cherchera à savoir si S1 est câblé point-à-point ou de manière "multi-articulaire et synergique", à l'image de M1. (2) Quelles sont les contributions afférentes et efférentes de S1 et M1 et comment ces deux régions sont-elles interconnectées physiquement? On sait qu'un large contingent de fibres afférentes prend son origine dans S1, alors qu'un grand nombre de fibres afférentes converge vers M1. Toutefois, la proportion de ces connections et leur contribution aux voies cortico-spinales reste obscure. (3) Comment les synergies motrices (coordination inter et intra segmentaire) émergent-elles au cours de l'ontogenèse dans S1 et M1? Sont-elles déterminées génétiquement de manière rigide ou leur mise en place dépend-elle de l'expérience motrice? Cette question fascinante reste encore inexplorée. Elle sera étudiée en comparant l'organisation de S1 et M1 chez l'enfant et l'adulte. (4) S1 joue t-il un rôle significatif dans le processus de récupération consécutif à une lésion de M1 (et inversement)? Il est souvent admis que les lésions de M1 sont compensées dans les régions motrices préfrontales, alors que les atteintes de S1 sont supplées au sein des aires sensorielles post-centrales. Considérant l''existence de représentations à la fois afférentes et efférentes au sein de M1 et S1, nous testerons l'hypothèse selon laquelle des réorganisations de S1 peuvent compenser une partie des déficits consécutifs à une lésion de M1, et inversement.
En pratique, ce projet implique une coopération étroite, au sein d'une même équipe, entre des chercheurs spécialisés dans le domaine du contrôle moteur (Sirigu) et des cliniciens reconnus pour leur travail de neurochirurgie chez l'adulte et l'enfant (Mottolese). Cette coopération constitue un cadre idéal à la réalisation du projet. Dans ce contexte, deux types de retombées sont attendues : fondamentales, résultant d'une meilleure connaissance de la topographie, de l'ontogenèse, de la connectivité et de la plasticité du système sensorimoteur; cliniques, résultant d'une minimisation du risque chirurgical à travers une amélioration des procédures de cartographie et des mécanismes de plasticité cérébrale.