La stimulation cérébrale améliore l’apprentissage moteur des aînés

Crédit: Pablo Maceira-Elvira (EPFL)

Crédit: Pablo Maceira-Elvira (EPFL)

La stimulation cérébrale non invasive peut rétablir l’acquisition des capacités motrices chez les personnes ayant des facultés d’apprentissage diminuées, par exemple en raison de l’âge. Cette étude a été réalisée par des scientifiques de l’EPFL.

Même si nous n’y réfléchissons pas, chacun de nos mouvements au quotidien consiste essentiellement en une série d’actions plus petites effectuées dans un ordre spécifique. La seule fois où nous nous en rendons compte, c’est lorsque nous devons apprendre une nouvelle capacité motrice, comme un sport, un instrument de musique, une chorégraphie ou même un appareil électronique tel qu’un smartphone ou un contrôleur de jeu vidéo.

Il n’est peut-être pas surprenant que beaucoup d’études soient menées, notamment chez les jeunes adultes en bonne santé, pour comprendre comment les êtres humains acquièrent des capacités motrices séquentielles. Les études concernant les individus plus âgés (et l’expérience commune) montrent que plus nous vieillissons, plus il est difficile et long d’acquérir de nouvelles capacités motrices, ce qui sous-entend une diminution de la faculté d’apprentissage liée à l’âge.

«L’apprentissage étant indispensable pour continuer à s’adapter et à s’intégrer dans la vie quotidienne, l’amélioration de ces capacités permettra de maintenir une qualité de vie avec l’âge, notamment au vu de l’allongement constant de l’espérance de vie observé dans le monde», déclare le professeur Friedhelm Hummel, qui est titulaire de la chaire Defitech de neuro-ingénierie clinique (Defitech Chair of Clinical Neuroengineering) à la Faculté des sciences de la vie de l’EPFL.

Dans une récente étude , Friedhelm Hummel et le doctorant Pablo Maceira-Elvira ont découvert que la stimulation cérébrale transcrânienne peut améliorer la déficience liée à l’âge dans l’apprentissage de nouvelles capacités motrices.

Cette étude reprend un mode d’évaluation courant de la faculté d’apprentissage de nouvelles capacités motrices, qui est appelé «tâche par tapotement des doigts». Il s’agit de taper une série de chiffres le plus rapidement et le plus précisément possible. Couramment appliquée dans les études, cette tâche simule les activités qui requièrent une grande dextérité - comme jouer au piano ou taper sur un clavier - tout en fournissant une mesure objective de «l’amélioration», définie comme l’augmentation de la vitesse d’une personne sans perte de précision.

Les scientifiques qualifient cela de «changement dans le compromis vitesse-précision», lequel constitue un élément majeur de l’apprentissage. L’une des manières pour le cerveau de parvenir à ce changement est le regroupement d’actions motrices individuelles en «chunks»: structures cérébrales survenant spontanément qui réduisent la charge mentale d’une personne, tout en optimisant l’exécution mécanique de la séquence motrice. «Les chunks apparaissent de manière fiable lorsque les jeunes adultes s’entraînent sur la tâche par tapotement des doigts, mais de précédentes études révèlent une absence de chunks ou des chunks déficients chez les individus plus âgés», explique Pablo Maceira-Elvira.

Les jeunes développent leurs capacités motrices

L’étude a d’abord permis d’entraîner et de tester des groupes de jeunes adultes et d’adultes âgés sur l’apprentissage d’une nouvelle séquence d’une tâche par tapotement des doigts, et a révélé des différences fondamentales entre les groupes. Les jeunes adultes ont appris la tâche par tapotement des doigts de manière la plus efficace en se focalisant d’abord sur l’amélioration de la précision pendant leur première session d’apprentissage, puis sur l’amélioration de leur vitesse. Cela a entraîné un changement dans le compromis vitesse-précision, ce qui a permis l’apparition précoce de chunks efficaces.

«Pour les adultes âgés, on a constaté une vitesse moindre dans l’apprentissage virtuel et l’absence d’apprentissage en situation non virtuelle», poursuit Pablo Maceira-Elvira. «Autrement dit, alors que les jeunes adultes affichent une nette augmentation de leurs performances très tôt dans l’apprentissage avec une amélioration la nuit, les performances des adultes âgés s’améliorent à un rythme plus modéré voire se détériorent pendant la nuit.» Par contre, les adultes âgés ont amélioré progressivement leur précision au fil de l’apprentissage, ce qui a généré des chunks efficaces uniquement après une pratique plus poussée.

Améliorations de la stimulation cérébrale

Des recherches approfondies ont été menées sur les nouvelles neurotechnologies qui peuvent rétablir les facultés d’apprentissage chez les personnes âgées. «De récentes études ont révélé que nous pouvons améliorer l’acquisition des capacités motrices par la stimulation cérébrale non invasive du cortex moteur - la stimulation transcrânienne à courant continu (atDCS) suscitant un intérêt tant académique que commercial ces dernières années en raison de sa discrétion, de sa portabilité et de son accessibilité», affirme Friedhelm Hummel.

Dans l’étude en cours, les chercheuses et chercheurs ont utilisé l’atDCS sur les participantes et participants, et ont découvert qu’elle permet aux adultes âgés d’améliorer nettement leur précision plut tôt dans l’apprentissage et selon un schéma similaire à celui observé chez les jeunes adultes. «La stimulation a accéléré le changement dans le compromis vitesse-précision et a permis l’apparition plus précoce de chunks efficaces, 50 % des adultes âgés générant ces structures au cours de la première session d’apprentissage», explique Pablo Maceira-Elvira.

Il ajoute: «L’étude indique que l’atDCS peut rétablir, au moins partiellement, l’acquisition de capacités motrices chez les individus ayant des mécanismes d’apprentissage diminués, en facilitant le stockage d’informations liées à la tâche, en réduisant rapidement la charge mentale et en permettant l’optimisation de l’exécution mécanique de la séquence.»

«Ces études permettent de mieux comprendre les troubles liés à l’âge dans l’acquisition de capacités motrices et proposent une nouvelle approche pour traiter de manière non invasive ces déficiences», précise Friedhelm Hummel. «Ces découvertes ouvrent de nouvelles opportunités de stratégies d’intervention adaptées à la phase d’apprentissage spécifique pour pallier les déficiences liées au vieillissement en bonne santé ou à un trouble neurologique tel qu’un accident vasculaire cérébral.»

Autres contributeurs

  • Faculté de médecine de l’université de Genève
  • Centre médical universitaire de Hambourg-Eppendorf
  • École de médecine de l’Université Johns Hopkins
References

Pablo Maceira-Elvira, Jan E. Timmermann, Traian Popa, Anne-Christine Schmid, John W. Krakauer, Takuya Morishita, Maximilian J. Wessel, Friedhelm C. Hummel. Dissecting motor skill acquisition: Spatial coordinates take precedence. Science Advances 20 July 2022. DOI: 10.1126/sciadv.abo3505


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