La complexité du mouvement

Même les mouvements les plus simples nécessitent le recrutement d’un grand nombre de muscles dont l’on peut ignorer l’existence.

La mobilisation d’un grand nombre de segments corporels, le contrôle du timing, de l’activation de différents muscles mais également le contrôle de la force sous-jacente est orchestré par le SNC par l’intermédiaire de mécanismes qui opèrent de manière intra conscient.

Pour illustrer cette notion on peut parler de degrés de liberté (terme qui définit la possibilité de déplacement en translation ou en rotation d’un solide dans l’espace).

Le corps du sportif peut être assimilé à un système composé de solides articulés qui se déplacent dans un environnement tri dimensionnel.

Le modèle simplifié du corps présente 37 DDL. Tant dit que le Système Nerveux Central doit contrôler en permanence 90 degrés de liberté, il lui faut donc suivre des mécanismes extrêmement complexes.

Le problème des degrés de liberté

  • Il y a bien souvent, lorsque j’exécute un mouvement, plus de DDL à disposition que de DDL nécessaires à la réalisation du mouvement. (le débutant se rigidifie pour diminuer les DDL)
  • Par ailleurs, différentes combinaisons de mouvements articulaires permettent de parvenir à un même but. On peut moduler notre mouvement.
  • Comment le système nerveux central assure et contrôle cette orchestration d’un très grand nombre de degrés de liberté afin de produire un mouvement efficace dans l’espace tridimensionnel ?
  • La personne qui a posé la problématique des DDL est le physiologiste Russe N. Bernstein, il s’est intéressé au problème de la gestion des DDL.

Comportement adapté

Comment améliorer le contrôle de son corps ? Les sportifs de haut niveau, tels les pilotes de Formule 1, doivent faire preuve d'une précision hors norme sur les circuits.

Pour parler d’adaptation des comportements, prenons le modèle de l’expert. Nous observons alors un comportement efficace et efficient

Critères de l’efficacité :

  • précision,
  • rapidité,
  • stabilité,
  • moindre coût.

Il résout le conflit vitesse/précision de manière optimale. L’expert est efficace, il optimise la ressource énergétique, attentionnelle. Malgré des variations dans les conditions externes (météo) et des variations internes (fatigue).

Le contrôle moteur : définition et activité perceptive

Comprendre comment les différents mouvements (que les sportifs produisent) sont contrôlés ?

  • Comment le SNC s’organise, fonctionne afin de produire un mouvement coordonné (coordonner muscles et articulations) ?
  • Comment les informations sensorielles en provenance de l’environnement et/ou du corps sont utilisées dans le contrôle du mouvement ? (proprioception)
  • Comment ces informations sensorielles permettent de sélectionner un mouvement ?

Définition

Le contrôle moteur représente l’ensemble des mécanismes sous-jacents non observables peuvent être inférés, déduit à partir du mouvement, ils donnent lieu à la production d’une performance et peuvent faire l’objet d’un apprentissage.

Ils ne sont pas figés.

  • Etude des mécanismes
  • Inférés à partir du mouvement
  • Donnant lieu à une performance
  • Pouvant faire l’objet d’un apprentissage

L’activité perceptive

  1. Elle intervient avant que le mouvement soit initié et elle permet d’estimer les conditions initiales en vu de la programmation du mouvement,
  2. Elle se réitère pendant le mouvement pour le moduler
  3. Enfin à l’issue de la production motrice pour évaluer en quelle mesure l’objectif initial est atteint et à adapter l’action à venir.

L’information utile au contrôle du mouvement est direction disponible dans l’environnement (fluide énergie sur les récepteurs sensoriels).

La prise en compte de ces informations implique les systèmes sensoriels mais également, dans certains cas, les processus de mémoire ainsi que le système nerveux central (on doit également faire intervenir des processus de haut niveau comme les processus mnésique tel que la mémoire).

La richesse des informations et leur nombre nécessitent un processus d’intégration multi-sensorielle. (Nécessairement intégrées)

Le contrôle moteur en STAPS

Qui est Étienne-Jules Marey ? Les étudiants en Sciences et Techniques des Activités Physiques et Sportives décortiquent chaque année les mouvements des sportifs !

La recherche en sciences du mouvement humain

Il existe différentes filières à disposition dans les facultés des sciences du sport, dont une filière ESPM (métiers d’enseignants-chercheurs).

La recherche concerne les différents déterminants de la performance motrice :

  • sociologiques,
  • physiologiques,
  • biomécaniques,
  • psychologiques
  • et neurologique.

Lorsque l’on s’intéresse au contrôle des mouvements (et c’est l’objet du cours) on s’intéresse aux déterminants « neurologiques » de la performance.

Objet : compréhension des mécanismes qui sous-tendant le comportement des sportifs (études de laboratoire et de terrain).

  • Pourquoi les gauchers étaient surreprésentés dans les grandes compétitions d’escrime ?

Mouvements requis : rapides et précis (cibles spatiales mouvantes)

Recherches en neurosciences : spécialisation des hémisphères cérébraux.

  • Hémisphère gauche :

Parole, logique, mathématique, contrôlé, intellectuel, analytique.

  • Hémisphère droit :

Spatial, musical, artistique, symbolique, émotif, intuitif, créatif, synthétique.

Dans le domaine de l’escrime l’hémisphère droit est particulièrement sollicité et c’est le gaucher qui semble en profiter. Les traitements sont réalisés à droite et peuvent profiter à l’hémicorps droit (SNP) rapidement, cette différence crée des délais temporels de l’ordre de 30 millisecondes.

Histoire contrôle moteur

Étienne-Jules MAREY (1830-1904) : est le précurseur de l’analyse du mouvement (avec son assistant DEMENY)

  • financement par le gouvernement (ministère de la guerre)
  • travaux sur la marche et l’effort musculaire associé
  • mise au point de techniques d’étude (chronophotographie)

Objectif : augmenter le rendement humain en utilisant au mieux le travail musculaire de l’homme et en créant si nécessaire des conditions favorables à son expression.

Méthode : analyser les mouvements des athlètes experts sensés refléter au mieux l’efficience motrice et se servir de ce modèle à des fins de formations.

Méthodologie

Quelle méthode mettre en œuvre ?

Le mouvement : objet d’étude facilement observable et mesurable.

Par oppositions aux mécanismes qui rendent possible la production du mouvement.

Les mécanismes (non observables directement) sous-jacents doivent être inférés sur la base des mesures effectuées dans des conditions d’exécution variées (démarche expérimentale).

Il faut décrire les caractéristiques du mouvement pour mieux le comprendre : cibler les éléments pertinents lors d’un mouvement donné : invariants et paramètres. Dans chaque mouvement il y a une partie qui reste stable et une partie qui varie en fonction des conditions.

Observations du comportement

L’analyse de la performance peut être faite sur la base d’observations (technique de l’entraineur).

Elle présente un certain nombre de limites :

  • le manque d’objectivité,
  • un manque précision de l’analyse (spatiale et temporelle),
  • centration sur les aspects cinématiques (l’observation visuel ne prend pas en compte les aspect dynamique et les aspects électromyographique).

Rappel : critères des mesures scientifiques

  1. La première caractéristique de cette méthode est l’objectivité qui se caractérise par deux personnes différentes qui observent une même performance et doivent arriver à décrire un même résultat.
  2. La deuxième caractéristique est la fidélité caractérisée par le degré de certitude d’obtenir le même score pour un test réalisé deux fois par le même sujet. Si la séquence motrice est comparable ont doit arriver au même résultat.
  3. La troisième caractéristique est la validité, c’est d’isoler la variable pertinente qui soit représentative du niveau de performance. Est-ce que la mesure choisie est représentative de la performance mesurée ?

Le système « élite » est un système d’analyse du mouvement moderne. On place des sphères sur des zones à analyser. Les faisceaux infrarouges se réfléchissent sur les sphères et qui sont en retour récupérés par la caméra qui les placera dans un repère orthonormé.

Son intérêt est la précision de l’analyse toute les 5 millisecondes le système reçoit des positions orthonormées, au millimètre près.

Les différents descripteurs du mouvement macroscopique – microscopique

Performance

Précision : pourcentage de réussite, erreur absolue (somme des valeurs absolues de chaque mesure divisée par l’effectif) écart moyen a la cible et erreur constante tendance a shooter à droite ou à gauche (somme des valeurs divisée par l’effectif). C’est deux mesures servent à distinguer les tendances elles sont complémentaires.

Variabilité : erreur variable. Plus elle est faible plus elle traduit que le sujet ne varie pas son succès d’un essai à l’autre. Permettent de faire des inférences différentes sur les mécanismes sous-jacents.

=> Précision et variabilité portent sur les paramètres spatiaux et/ou temporels du mouvement.

Temps

4 descripteurs liés au temps.

Temps de réaction, Intervalle de temps qui sépare l’apparition d’un stimulus à l’initiation d’une réponse, il va nous permettre de donner des indices sur les traitements réalisés par le système nerveux central. Le temps de réaction est d’autant plus long que le mouvement à réaliser est complexe et/ou que les alternatives d’action sont nombreuses. Le temps de réaction à l’apparition d’un stimulus lumineux est de 150 millisecondes.

La loi de HICK (1952) modèle des relations entre TR et le nombre d’alternatives d’action.

TRC = a + b Log2 (N)

On peut identifier 4 descripteurs liés au temps :

1. Le temps de réaction

Le temps de mouvement, intervalle de temps qui s’épare l’initiation du mouvement de la fin du mouvement. Il existe un temps de mouvement seuil de l’ordre de 150 à 200 millisecondes, en dessous de ce temps on a pas le temps de modifier notre mouvement et donc tout est près programmé, contrôle en boucle ouverte. Au dessus on est en boucle fermée.

La séquence temporelle correspond à la chronologie des éléments moteurs reproduits d’un essai sur l’autre et dont l’ordre est systématiquement respecté.

2. Cinématique (position, vitesse, accélération)

Changement de positions, de vitesses, et d’accélération au cours du temps. Les positions successives occupées par le segment considéré permettent de définir une trajectoire.

Les profils de vitesses changements de positions en fonction du temps. Cette variable nous informe sur la rapidité du mouvement. Vitesse signature de l’expertise perceptive motrice.

Accélération reflète un changement de vitesse en fonction du temps. Si on observe une phase de décélération on peut penser que le sportif est en train de contrôler son mouvement, autrement on peut être en boucle ouverte.

3. Cinématique (force, moments de force...)

Il s’agit des différentes forces qui s’exerce sur le corps lors de la réalisation du mouvement. L’enregistrement des forces sous-jacentes nécessite l’utilisation d’instruments particuliers comme la plateforme de force.

4. Mesures physiologiques (ECG, EMG, EOG, EEG)

Les processus physiologiques qui sous-tendent l’activité des muscles et du cerveau se traduisent par une activité électrique détectable avec des électrodes de surfaces ou implantées.

A quoi servent ces mesures du mouvement ?

L’ensemble de ces mesures nous aide à décrire et à analyser le mouvement mis en œuvre mais aussi à identifier les forces qui le sous-tendent et les muscles impliqués.

A partir des données recueillies, on identifie les mécanismes de contrôle sous-jacent et on localise les structures impliquées. 

Quelques applications du contrôle moteur

  • Sport de haut niveau (améliorer et optimiser les entraînements),
  • Posture et marche,
  • Développement apprentissage vieillissement,
  • Robotique,
  • Ergonomie (optimiser les postes de travail, de les adapter à l’individu de manière à optimiser les coûts énergétiques et informationnels).

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Gaspard

Ancien étudiant de STAPS et passionné de Coaching Sportif. Je mets mes cours de sport à votre disposition. N'hésitez pas à me poser des questions en commentaire !

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