Marcher, boire, saisir quelque chose : comment naissent les mouvements volontaires ? Grâce à une « symphonie » complexe qui joue dans notre cerveau, digne des meilleurs compositeurs. Un groupe de scientifiques italiens a révélé le « score » grâce à une étude minutieuse qui a nécessité 8 ans de travail et a jeté un nouvel éclairage sur les mécanismes sans précédent par lesquels les actions naturelles sont contrôlées.
Les résultats remettent en question certaines idées classiques sur le fonctionnement du système moteur et ouvrent la voie à de nouvelles applications possibles dans des domaines tels que la neuroréadaptation et la robotique. La recherche, qui a fait son chemin dans les pages de la revue 'Science', est née d'une collaboration entre le Laboratoire de Neuroéthologie des primates non humains du Département de Médecine et Chirurgie de l'Université de Parme, dirigé par Luca Bonini, et une équipe de l'Institut de Biorobotique de l'École d'Etudes Avancées Sant'Anna de Pise, coordonnée par Alberto Mazzoni, chercheur principal du Laboratoire de Neuro-ingénierie Computationnelle, avec la contribution du professeur de Bio-ingénierie Silvestro Micera.
Grâce à de nouveaux appareils de télémétrie, les chercheurs ont enregistré l'activité de centaines de neurones dans les régions motrices du cerveau de singes totalement libres d'exprimer des comportements spontanés, comme marcher ou grimper. Il s’agit, expliquent les experts, d’un grand pas en avant par rapport aux études précédentes. Car jusqu'à présent les technologies disponibles obligeaient les chercheurs à étudier des cerveaux « immobiles », lors d'actions apprises et stéréotypées. La nouvelle approche offre plutôt la possibilité de comprendre comment le cerveau orchestre des mouvements spontanés dans des situations naturelles. « Notre cerveau est en mouvement continu – explique Bonini, responsable du projet de recherche – et cette nouvelle approche a changé l'idée classique selon laquelle des régions spécifiques du cerveau, ou même des cellules neuronales individuelles, contrôlent des actions spécifiques, comme mordre, boire ou saisir ».
« Selon nos résultats – poursuit le chercheur – tout comme les touches individuelles d'un piano peuvent composer de nombreuses mélodies différentes, les neurones des zones motrices de notre cerveau créent des synergies complexes, nous permettant d'organiser la variété d'actions spontanées que nous sommes capables à réaliser, dont certains jusqu'à présent étaient même impossibles à étudier en laboratoire. » La collaboration avec les bioingénieurs de l'école Sant'Anna de Pise a permis de décoder la complexité de cette activité neuronale et de prédire les actions spontanées que les animaux s'apprêtaient à accomplir en utilisant uniquement les signaux générés par les neurones.
Les travaux ont reçu le soutien de trois projets financés par le Conseil européen de la recherche (ERC) et d'autant de projets nationaux italiens, dont Mnesys et Brief. « Nos résultats – dit Mazzoni – indiquent que l'activité neuronale enregistrée lors d'un comportement spontané est beaucoup plus informative que celle obtenue dans des contextes classiques de laboratoire. Cette information nous permet de comprendre comment le cerveau contrôle la production d'actions volontaires de manière différente selon le contexte ».
La grande similitude neurologique et comportementale avec les humains suggère que cette découverte pourrait avoir des applications cliniques pertinentes, soulignent les auteurs. « De nouvelles et importantes perspectives translationnelles pour la neurotechnologie et la neuroréadaptation s'ouvrent – observe Micera – En outre, ce travail est une nouvelle démonstration de l'impact extraordinaire que les projets Next Generation Eu ont eu sur la recherche italienne. Notre espoir est de poursuivre ces collaborations grâce à de nouvelles initiatives de financement soutenues par notre pays. »
« Nous espérons – concluent Francesca Lanzarini, Monica Maranesi, Elena Hilary Rondoni et Davide Albertini, co-premiers auteurs de l'article – que notre approche pourra contribuer au passage de la neurophysiologie classique à la neuroéthologie dans de nombreuses études sur la relation entre le cerveau et le comportement, améliorer la qualité de vie des animaux même lors des expériences et, par conséquent, la validité des résultats de la recherche neuroscientifique sur les primates non humains, qui, comme le démontre ce travail, sont encore fondamentaux et irremplaçables ».
