Comment les Interfaces Cerveau-Machine peuvent-elles permettre à des personnes invalides de retrouver une certaine mobilité?
Le système nerveux et la réalisation du mouvement
Le système nerveux assure la perception de notre environnement et élabore des réponses adaptées permettant le bon fonctionnement de l’organisme, comme la coordination des mouvements musculaires ou le contrôle de l’activité cardiorespiratoire. Il est constitué de milliards de neurones reliés par des synapses et organisés en réseau à travers lequel les messages nerveux sont conduits.
Les neurones sont les principales cellules du système nerveux. Elles sont spécialisées dans la communication et le traitement d'informations. Ce sont des unités structurelles et fonctionnelles qui présentent 3 régions distinctes :
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un corps cellulaire constitué d'un noyau et d'un cytoplasme ;
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des dendrites, qui sont des extensions du corps cellulaire ;
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un axone qui émerge du péricaryon (corps cellulaire) et qui prend fin au niveau du bouton terminal, également appelé bouton synaptique.
Il existe différents types de neurones :
Les neurones possèdent certaines caractéristiques qui les distinguent des autres cellules du corps humain. Elles sont :
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excitables,
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sécrétrices,
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amitotiques,
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polarisées,
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à polymorphisme inégale.
Elles ont également une longévité extrême et un métabolisme élevé. Les neurones sont les cellules les plus longues de l'organisme et peuvent atteindre jusqu'à 1m de longueur chez l'Homme.
Le transfert d'information d'un neurone à l'autre s'effectue au niveau des synapses. À ce niveau, les membranes des neurones sont proches l'une de l'autre mais séparées par un espace synaptique. Les signaux électriques ne pouvant franchir cet espace, la communication entre deux neurones se fait par l'intermédiaire de substances chimiques appelées neurotransmetteurs. Elles sont produites par le neurone qui envoie le message et reconnues par le neurone qui le reçoit.
La communication dans une chaîne de neurones se fait dans un seul sens. Un neurone est en contact avec plusieurs autres neurones, donc il reçoit en permanence de nombreux messages chimiques au niveau des différentes synapses. Il les prend en compte pour élaborer, à son tour, un nouveau message nerveux original qu'il va transmettre. Ainsi le neurone n'est pas un simple relais mais une unité de traitement de l'information.
Schéma d'une synapse
Au niveau de chaque synapse, est libérée une quantité de neurotransmetteurs en adéquation avec le potentiel d'action du neurone afférent qui peut être excitateur, ou inhibiteur. Si la valeur seuil est dépassée, cela entraîne une modification de la polarité de la membrane qui est induite dans le motoneurone. Au niveau du segment initial du motoneurone, a lieu une sommation spatiale (prise en compte des messages nerveux issus de différentes synapses) et une sommation temporelle (prise en compte des différents messages provenant d'une même synapse sur un laps de temps de quelques millisecondes). La propagation du potentiel d'action le long de l'axone va du corps cellulaire vers l'arborisation synaptique terminale.
Un muscle est formé par plusieurs cellules musculaires : un même motoneurone peut innerver plusieurs fibres dans un muscle mais une fibre musculaire n'est innervée que par un seul motoneurone : on parle d'unité motrice.
Représentation d'un neurone