Apprentissage moteur par pratique physique et pratique mentale : des différences mécanistiques à la complémentarité fonctionnelle

L’apprentissage moteur est défini comme l’ensemble des processus associés à l’exercice ou à l’expérience conduisant à des modifications durables du comportement (Schmidt et al., 2018). Omniprésent tout au long de la vie, il permet d’acquérir, d’adapter et d’automatiser des gestes dans des contextes variés, qu’il s’agisse de la vie quotidienne, de la pratique sportive ou de la rééducation. Comprendre les processus sous-jacents à l’apprentissage est essentiel à l’optimisation des méthodes d’entraînement en favorisant à la fois l’acquisition, c’est-à-dire les gains immédiats observés lors de la pratique, et la consolidation, qui stabilise et renforce ces apprentissages dans le temps.

Bien que la pratique physique (PP) demeure la méthode de référence pour améliorer durablement les performances motrices, d’autres approches ont émergé et présentent un potentiel prometteur. Celles-ci peuvent être envisagées soit comme un substitut à la PP lorsque le mouvement est impossible, par exemple lors d’une immobilisation, soit comme une méthode complémentaire permettant d’augmenter le volume de pratique sans accroître la fatigue physique. Parmi ces approches, la pratique mentale (PM), notamment à travers l’utilisation de l’imagerie motrice, définie comme la simulation mentale d’une action sans production concomitante de mouvement (Jeannerod, 2001), apparaît particulièrement intéressante.

De nombreuses études ont montré que la PM pouvait améliorer différentes dimensions de la performance, allant de la force (Grosprêtre et al., 2018) à la vitesse et à la précision des mouvements (Ruffino et al., 2022). Les bénéfices associés à la PM concernent également des performances sportives plus globales (Ladda et al., 2021), ainsi que le recouvrement de la fonction motrice dans un contexte de rééducation (Malouin et al., 2013). À l’instar de la PP, la PM induit également des modulations neurophysiologiques aux niveaux cortical, corticospinal et spinal (Ruffino et al., 2017), témoignant de l’engagement du système moteur lors de la simulation mentale. En effet, selon la théorie de la simulation motrice, l’exécution réelle d’un mouvement et l’imagerie de ce même mouvement reposent sur des représentations et des réseaux neuronaux en grande partie communs.

Pour autant, malgré des similitudes évidentes, nos récents travaux (Ruffino et al., 2021; Truong et al., 2022) réalisés à l’aide d’une tâche de tapotement séquentiel de doigts (Finger Tapping Task, FTT), ainsi que ceux de Debarnot et al. (2022) réalisés sur des tâches impliquant le corps entier, ont montré que la dynamique de l’apprentissage semble différer entre ces deux modalités de pratiques. En effet, si l’acquisition apparait plus marquée après une PP, la consolidation serait quant à elle meilleure après une PM, conduisant in fine à des gains de performance comparables entre les deux modalités de pratique. Ces différences temporelles et fonctionnelles pourraient s’expliquer par une implication différente des systèmes déclaratifs et procéduraux au cours de ces apprentissages. Le système déclaratif permet de mémoriser explicitement l’ordre des éléments de la séquence, c’est-à-dire la connaissance consciente de la succession des mouvements à réaliser. Le système procédural correspond quant à lui à l’apprentissage progressif des habiletés motrices permettant d’exécuter la séquence de manière fluide, rapide et automatisée, avec une réduction du contrôle conscient. Dans les tâches de type FTT, où les participants doivent reproduire le plus rapidement et le plus précisément possible une séquence de mouvements des doigts sur un clavier d’ordinateur, ces deux systèmes sont simultanément engagés, ce qui est représentatif de nombreuses activités de la vie quotidienne nécessitant l’enchaînement coordonné de gestes.

Les différences observées entre PP et PM pourraient s’expliquer par une sollicitation différenciée des systèmes déclaratifs et procéduraux. Dans la PP, le système déclaratif tend à se désengager rapidement au profit du système procédural, plus automatique, favorisant une acquisition rapide mais parfois moins stable (Albouy et al., 2013). En revanche, la PM, notamment en raison de l’absence de mouvement effectif, reposerait davantage sur le système déclaratif, sollicitant principalement la représentation consciente de la séquence motrice. Cette dynamique pourrait se traduire par une acquisition initiale plus lente, mais par une consolidation plus efficace, potentiellement facilitée par le sommeil, comme cela a été montré pour des tâches à forte composante déclarative (Diekelmann and Born, 2010).

Ainsi, l’objectif général de ce projet de thèse est de comprendre les différences mécanistiques entre PP et PM, afin de déterminer comment ces deux modalités peuvent être combinées de manière complémentaire pour optimiser l’apprentissage moteur.

Sur cette base, le premier objectif de ce travail de thèse sera de déterminer si les systèmes sollicités diffèrent significativement entre PP et PM. La littérature utilise classiquement des tâches d’interférence pour perturber l’apprentissage sur une tâche de FTT (Albouy et al., 2016; Truong et al., 2024). Dans ce cadre, une FTT sera utilisée en comparant un apprentissage physique et un apprentissage mental. La contribution des différents systèmes sera évaluée à l’aide de ces interférences, qui consistent soit à apprendre une nouvelle FTT, soit à réaliser un apprentissage purement déclaratif, par exemple la mémorisation d’une liste de mots. Ces manipulations permettront de déterminer quels systèmes, procédural ou déclaratif, sont réellement impliqués lors de chaque type de pratique.

Le second objectif de cette thèse sera d’étudier, au niveau neurophysiologique, les dynamiques de modulation des réseaux cortico-cérébraux entre les phases d’acquisition et de consolidation lors d’apprentissages physique et mental. Le cortex préfrontal dorsolatéral (CPFD), impliqué dans le maintien et le traitement des informations déclaratives, sera particulièrement étudié (Hawco et al., 2013). L’utilisation de techniques telles que l’électroencéphalographie ou la stimulation magnétique transcrânienne permettra de suivre le désengagement fonctionnel du CPFD sur le cortex moteur primaire (M1), reflétant la transition entre un contrôle déclaratif de la séquence et une exécution plus automatique des gestes.

Enfin, la compréhension fine des mécanismes propres à la PP et à la PM devrait, comme objectif final de ce travail de thèse, permettre de définir comment articuler ces deux modalités de manière complémentaire afin de favoriser au mieux l’acquisition et la consolidation des compétences motrices. Bien que des travaux récents suggèrent que la combinaison de ces deux pratiques puisse être plus efficace que lorsqu’elles sont utilisées séparément (Kraeutner et al., 2020), les conditions optimales de cette complémentarité, notamment l’ordre, la proportion et la durée des séances de PP et de PM, restent encore largement inconnues.

Université Marie et Louis Pasteur

Laboratoire d'accueil : C3S

Connaissances et compétences requises :

Le candidat doit posséder des connaissances solides en apprentissage moteur, neurophysiologie et contrôle moteur, avec une formation en STAPS, neurosciences, psychologie ou disciplines proches. Une appétence pour la recherche fondamentale sur les mécanismes de l’apprentissage moteur est essentielle. Des compétences en conception expérimentale, analyse de données comportementales et interprétation scientifique sont attendues. Autonomie, rigueur et capacité à travailler en équipe multidisciplinaire seront des atouts importants.