Réorganisation cérébrale des régions motrices après une greffe des deux mains

Paris, le 24 juin 2001

Comment le cerveau est-il influencé par des changements survenant dans des organes périphériques ? Contrairement à la vision classique d'un schéma de connexion neural prédéterminé, le système moteur fait preuve d'une importante plasticité. Chez les amputés humains, la représentation des muscles non affectés par l'amputation envahit des parties du cortex sensorimoteur précédemment attribué au segment amputé. Des patients dont le membre supérieur est transplanté à la suite d'une amputation fournissent l'occasion d'étudier la réversibilité de l'organisation cérébrale après une atteinte périphérique. Cette occasion s'est présentée avec C. D., patient qui a subi une transplantation bilatérale de mains, en janvier 2000 à Lyon, par l'équipe du professeur J.-M. Dubernard.

Les chercheurs de l'équipe de neuropsychologie de l'ISC se sont focalisés sur les activations du cortex moteur (M1) et leur évolution au cours du temps. Le cortex moteur, qui contient une représentation somatotopique (représentation point par point) de notre corps, est la région qui nous permet d'envoyer la commande motrice, et donc de bouger. Dans cette étude, les mouvements des mains et des coudes ont été examinés. Avant l'acte chirurgical, les mouvements de la "main" droite ou gauche (les muscles de l'avant-bras étant actifs), activaient la partie la plus latérale de la zone de la main dans M1 correspondant à la région qui code les mouvements du visage. Six mois après la greffe, cette activation se déplace vers le milieu dans M1, de façon à occuper toute la région classiquement décrite comme étant l'aire de la main. Cette migration commença déjà à se manifester deux mois après l'opération. Une analyse sur le centre de gravité des ces activations montre qu'après six mois, il existe un déplacement de 10 mm pour la main droite et de 6 mm pour la main gauche, de la partie latérale vers la partie centrale de la région de la main.

Les changements observés dans le cortex moteur pour les représentations de la main et du coude sont fortement corrélés entre eux, aussi bien au cours du temps que dans l'espace. Les activations de la main et du coude montraient un chevauchement important, lequel s'est accru avant l'opération chirurgicale et jusque 6 mois après. Des changements similaires ont été observés dans le cortex somatosensoriel.

La principale conclusion de cette étude est que les mains greffées sont reconnues et activées de manière normale par le cortex sensorimoteur. Cela suggère que les nouveaux influx périphériques ont permis un remodelage global de la cartographie corticale des membres et l'inversion de la réorganisation fonctionnelle provoquée par l'amputation. En outre, les trajectoires spatiales de ces activations au cours du temps indiquent que le réarrangement cortical se fait d'une manière ordonnée. Ainsi, la plasticité cérébrale se fait selon le schéma normal de représentation du corps, celui qui prévalait avant l'amputation.

Quels peuvent être les mécanismes sous-jacents à cette plasticité corticale ? Les modifications au sein de M1 pourraient résulter d'un changement dans l'équilibre des forces des activations parmi les connexions existantes. L'activation de l'aire de la main déclenchée par les mouvements du coude dans la phase précédant la greffe pourrait apparaître comme résultant d'un changement dans le " poids " de ces connexions : autrement dit, la représentation du coude aurait envahit la région de la main amputée en raison de l'absence d'afférences périphériques ciblant cette région. La transplantation de main aurait restauré l'efficacité des connexions originelles aux dépens de la représentation du coude, permettant ainsi aux caractéristiques normales de l'organisation corticale de réapparaître dans la cartographie cérébrale.

Référence : Cortical reorganisation in motor cortex after graft of both hands, Pascal Giraux, Angela Sirigu, Fabien Schneider et Jean-Michel Dubernard. Nature Neuroscience, juillet 2001.

* - Pascal Giraux : Institut des sciences cognitives, CNRS, Bron, et département de médecine physique (médecin rééducateur) , CHU, Saint-Etienne.
- Angela Sirigu : Equipe de neuropsychologie (responsable scientifique), Institut des sciences cognitives, CNRS, Bron
- Fabien Schneider (ingénieur de recherche) : Département de radiologie, CHU, Saint-Etienne
- Jean-Michel Dubernard : Département de transplantation chirurgicale (chef de service), Hôpital Edouard Herriot, Lyon

Figure A
Mouvements de la main droite	Mouvements de la main gauche
Figure B
Avant la greffe	Six mois après la greffe
Légende des figures A et B : Cartes d'activations obtenues dans le cortex moteur lorsque le patient greffé exécute des mouvements manuels. Figure A : Le corps est représenté dans le cerveau de manière inversée. Sur l'image de gauche sont rapportées les activations dans le cortex moteur primaire (M1) gauche qui contrôle les mouvements de la main droite, et inversement sur l'image de droite. En rouge, les activations obtenues lors de l'examen effectué avant la transplantation ; en bleu, six mois après et en vert, la zone de recouvrement entre les deux examens. Figure B : Vue horizontale du cortex cérébral du patient greffé. A gauche, on remarque qu'avant la greffe une contraction des muscles contrôlant la main droite active la région du visage mais pas la région de la main. A droite, la même contraction musculaire six mois après la greffe active l'aire de la main.

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