Du coup de marteau au geste volontaire : réflexe, synapses et cortex moteur

Chez le médecin, un petit coup de marteau sous le genou, et ta jambe se lève toute seule, sans que tu l'aies décidé. Pour taper un message sur ton téléphone, en revanche, ton cerveau orchestre chaque doigt. Deux commandes très différentes… qui aboutissent pourtant toutes deux à un motoneurone.

Le réflexe myotatique

Le réflexe myotatique est la contraction d'un muscle en réponse à son propre étirement : involontaire, rapide, stéréotypée. Il entretient le tonus et la posture : si ton corps penche, les muscles étirés se contractent aussitôt.

Exemple 1 : le réflexe rotulien. Le coup de marteau sur le tendon rotulien étire brièvement le quadriceps, à l'avant de la cuisse. Le message suit un arc réflexe :

1. des récepteurs, les fuseaux neuromusculaires logés dans le muscle, détectent l'étirement ;
2. un neurone sensoriel conduit le message jusqu'à la moelle épinière ; son corps cellulaire est dans le ganglion rachidien, et sa fibre entre par la racine dorsale ;
3. dans la substance grise de la moelle, il fait synapse directement avec un motoneurone : un seul relais, le réflexe est monosynaptique ;
4. le motoneurone, dont l'axone sort par la racine ventrale, commande la contraction du quadriceps.

En même temps, un interneurone inhibe les motoneurones du muscle antagoniste (les ischio-jambiers, à l'arrière de la cuisse), qui se relâche. Un réflexe aboli signale au médecin une lésion quelque part sur l'arc.

Le message nerveux

Au repos, l'intérieur d'un neurone est négatif : environ −70 mV, c'est le potentiel de repos. Stimulé au-delà d'un seuil, il produit un potentiel d'action (PA), brève inversion de polarité d'environ 1 ms jusqu'à +30 mV environ. Le PA obéit à la loi du « tout ou rien » : son amplitude ne dépend pas de la force du stimulus. Un étirement plus fort se traduit donc par des PA plus fréquents. Le message nerveux est codé en fréquence.

Le PA se propage le long de l'axone, bien plus vite si une gaine de myéline l'entoure : jusqu'à plus de 100 m/s, contre environ 1 m/s pour une fibre sans myéline.

Exemple 2 : mesurer une vitesse. Deux électrodes posées à 5 cm l'une de l'autre sur un nerf enregistrent le même PA à 1 ms d'intervalle : v = 0,05 m ÷ 0,001 s = 50 m/s.

La synapse : un relais chimique

Entre deux neurones, ou entre un motoneurone et une fibre musculaire, une fente synaptique sépare les cellules. Les PA qui arrivent dans la terminaison présynaptique déclenchent l'exocytose d'un neurotransmetteur, qui diffuse et se fixe sur des récepteurs de la membrane postsynaptique, avant d'être dégradé ou recapté. Codé en fréquence de PA dans l'axone, le message l'est en concentration de neurotransmetteur dans la fente.

À la jonction neuromusculaire, ce neurotransmetteur est l'acétylcholine. Le curare, qui bloque ses récepteurs, paralyse les muscles : on en utilise des dérivés en anesthésie.

Une synapse peut être excitatrice (elle dépolarise le neurone suivant) ou inhibitrice. Un motoneurone reçoit des milliers de synapses : il additionne les messages reçus, dans le temps et dans l'espace, et n'émet des PA que si le seuil est atteint. C'est l'intégration.

La commande volontaire

Le mouvement volontaire naît dans le cortex moteur, une bande du lobe frontal située juste en avant du sillon central. Chaque région du corps y est commandée par une zone précise : c'est une carte somatotopique. Le neurochirurgien Wilder Penfield l'a cartographiée au milieu du XXᵉ siècle en stimulant le cortex de patients opérés : la main et le visage, aux gestes fins, y occupent une place démesurée.

Les axones des neurones du cortex descendent dans la moelle épinière et y font synapse, directement ou par des interneurones, avec les motoneurones. La plupart des fibres croisent la ligne médiane, au niveau du bulbe rachidien : l'hémisphère gauche commande la moitié droite du corps. Le motoneurone est la voie finale commune : il intègre messages réflexes et volontaires.

Exemple 3 : l'AVC. Un accident vasculaire cérébral détruisant une partie du cortex moteur gauche paralyse la moitié droite du corps. Les réflexes de la jambe paralysée persistent pourtant, souvent même plus vifs : l'arc réflexe, dans la moelle, est intact.

La plasticité cérébrale

Les cartes motrices évoluent. Chez les musiciens, les zones du cortex consacrées aux doigts s'étendent avec des années de pratique. Apprendre un geste renforce certaines synapses, en crée de nouvelles, en élimine d'autres : c'est la plasticité cérébrale. Maximale chez l'enfant, elle persiste toute la vie. Après un AVC, la rééducation s'appuie sur elle : des zones voisines peuvent reprendre en partie la commande perdue.

À retenir

• Le réflexe myotatique : fuseau neuromusculaire, neurone sensoriel, une synapse dans la moelle, motoneurone, muscle étiré.
• Le message nerveux est codé en fréquence de potentiels d'action, puis en concentration de neurotransmetteur à la synapse.
• Le motoneurone, voie finale commune, intègre messages excitateurs et inhibiteurs.
• Le cortex moteur commande le côté opposé du corps selon une carte somatotopique, remodelée toute la vie par la plasticité.

★ Pour aller plus loin

En 2023, une équipe franco-suisse (EPFL, CHUV, Clinatec) a décrit un homme paralysé après un accident de vélo qui remarche avec des béquilles grâce à une « interface cerveau-moelle » : des implants lisent l'intention de mouvement dans son cortex moteur et stimulent sa moelle sous la lésion.

Les personnes amputées ressentent souvent un « membre fantôme » ; dans leur cortex sensoriel, la zone du bras perdu peut être réinvestie par ses voisines.

Sources pour creuser

• Apprendre ! Les talents du cerveau, le défi des machines, Stanislas Dehaene (Odile Jacob, 2018).
• L'homme qui prenait sa femme pour un chapeau, Oliver Sacks (Seuil, 1988), récits de neurologie.
• Le cerveau à tous les niveaux (site de l'université McGill, en français) : cherche « réflexe » ou « cortex moteur ».
• Sur YouTube, la chaîne de l'Inserm : cherche « plasticité cérébrale ».
• lumni.fr (lycée, SVT) et inserm.fr (dossier « AVC »).