Les bases de l’apprentissage moteur

Après avoir observé les adaptations énergétiques, musculaires et tendineuse à l’effort, l’adaptation nerveuse est la suite logique puisqu’elle oriente voir impose les différentes adaptations de l’organisme.

L’objectif n’est pas de reformuler le fonctionnement global des systèmes nerveux centraux et périphériques (l’effort serait trop important et surtout trop de zones d’ombres subsistent), mais plutôt de comprendre ce qui s’opère au cours de l’effort et après celui-ci et qui peut être source de progrès sportifs.

Le système nerveux est composé de deux parties aux fonctionnements à la fois autonomes et dépendants : le Système Nerveux Central (SNC) et le Système Nerveux Périphérique (SNP).

Le système nerveux central est la partie du système nerveux située au niveau de la tête (boite crânienne) et de la colonne vertébrale. Il est donc composé des neurones (tissu nerveux), des cellules gliales et vasculaires. Il est enrobé par les méninges.

Le système nerveux périphérique est la partie du système nerveux qui part de la colonne vertébrale et qui innerve les différents organes/muscles. C’est donc la partie du système nerveux formée par les ganglions et les nerfs à l’extérieur du cerveau et de la moelle épinière. Il englobe la circulation des informations du SNC vers les organes. Il est composé de deux parties : le Système Nerveux Somatique (action sur le tonus et la motricité), le Système Nerveux Autonome (ou végétatif) et le Système Nerveux Entérique (Système digestif).

Ce Système Nerveux Autonome (SNA) est caractérisé par trois parties : le Système Nerveux Sympathique (qui permet) et Parasympathique (qui inhibe). Le Sympathique correspondra à ce qui augmentation (de la fréquence cardiaque, de la vasodilatation, de la chaleur, etc.) pour se protéger, survivre; alors que le Parasympathique opèrera l’inverse (baisse de la FC, vasoconstriction, baisse de la température corporelle, etc.) pour la gestion quotidienne. Il fonctionne sur les organes internes (viscères, cœur, muscles lisses) et de manière non-volontaire (sauf après un long apprentissage comme pour certains maîtres yogi).

Le fonctionnement schématique des différents systèmes nerveux se fait au travers des neurotransmetteurs : ils sont produits ou libérés en fonction des informations recueillies (danger, volonté de mouvement, etc.) et permettent la transmission de l’information d’un point A vers un point B pour produire l’action nécessaire (contraction musculaire, sécrétion d’hormones, etc.).

Contrairement à l’idée véhiculée, le Système Nerveux est très plastique (adaptable) en fonction de l’usage que l’on en fait. Les synapses se développent et se modifient en fonction de l’usage, le système nerveux se construit et détruit en permanence, les possibilités cérébrales de création se multiplient ou disparaissent.

Puisque le système musculaire est ce que le système nerveux est, il apparaît comme très important de développer, d’orienter le fonctionnement de ce dernier en fonction des objectifs sportifs.

Chaque être humain nait avec un Système Nerveux que nous appellerons de base (permettant les besoins de survie) qui se développera au cours de l’enfance puis de l’adolescente en fonction de la motricité mise en œuvre. Plus les activités seront diversifiées, plus le système nerveux présentera de possibilités qu’il conviendra ensuite d’optimiser pour la performance visée. A contrario, moins l’enfant sera actif, curieux dans ses activités motrices, plus le système nerveux se développera à minima. Ceci n’est pas irréversible, mais constitue une limitation aux futures possibilités.

Ainsi, après cette phase de développement, la priorité (en dehors de l’activité de préparation des tissus) sera de réactiver les différentes connexions préexistantes. Cela permettra ainsi d’offrir à l’athlète tout son potentiel et donc lui donnera la possibilité de réellement atteindre ses limites (le système nerveux est un maillon faible, mais attention : tous les facteurs de performance sont des maillons faibles).

Un exemple très simple présenté par le schéma ci-contre (source université de Montpellier). Au cours du développement, un neurone attire des partenaires potentiels pour former des synapses (connexion entre neurones ou entre neurones et muscles par exemple). Si l’activité motrice est suffisante, les connexions subsisteront. Sinon, la connexion s’appauvrira (dessins 4) et le petit bout C s’atrophiera voir disparaîtra. Ceci n’est pas irréversible. Mais à l’âge adulte, les progrès nécessaires à cette reformulation nerveuse risques d’être longs, trop longs pour apparaître.

De là, une question fondamentale en découle : pourquoi les débutants en sports (notamment dans les salles de Fitness) sont-ils prioritairement orientés vers des exercices simples, très directifs (machines guidées) alors que cela va à l’encontre des besoins de l’organisme pour progresser ?

Cette question, que je considère comme essentielle à la performance et surtout à la santé physique est parfaitement décrite par l’expérience suivante : 2 chatons issus de la même portée sont placés dans le noir absolu (avec la mère). Chaque jour, un entraînement leur fut imposé (dans un carrousel). L’un était harnachait mais libre de ses mouvements, l’autre placé dans une caisse ne permettant pas de déplacements libres (mouvements dirigés). Lors de la remise en liberté (à la lumière), le chat limité dans ses déplacements n’avait pas développé la notion de profondeur (et chutait des plateformes) alors que l’autre n’avait pas ces problèmes.

La morale est que quelle que soit l’environnement, c’est la pratique motrice qui permet le développement du système nerveux et sa utilisation. Réduire les possibilités d’apprentissage réduit les possibilités tout court.

Comment fonctionne et se développe les Systèmes Nerveux ?

Pour comprendre ce qui suit, il est nécessaire d’aborder brièvement cette notion de fonctionnement et de possible adaptation.

Le corps humain va fonctionner de manière à assurer ses fonctions vitales (croissance, protection, alimentation). Tout le système nerveux tend vers ces objectifs de survie. Il utilisera pour cela différentes fonctions et appareillages. Ainsi, l’orientation de la posture et du mouvement se fera à l’aide du système sensoriel perception extérieur et externe (proprio et extérocepteurs) permettant de se positionner, de s’orienter vers une source d’intérêt ou percevoir un stimulus extérieur. De là, une des premières fonctions de survie sera l’évitement et la protection (fuite ou recroquevillement). La fuite suppose une capacité de déplacement. La motricité sera donc très importante et semble est l’une des causes de notre développement typiquement humain (développement du cortex grâce à la multiplication des possibilités gestuelles). Ce développement de possibilités motrices a permis de développer d’autres fonctions indirectes (l’expression et la communication) permettant d’étendre nos possibilités motrices (nous sommes plus forts à deux), engendrant encore plus de développement moteur (gestion du partenaire).

Pour permettre tout cela, la priorité est la prise d’information. Celle-ci peut aussi bien être externe (grâce à nos 5 sens) ou interne (proprioception). Au niveau proprioception, nous avons au sein des muscles, les fuseaux musculaires donnent des informations sur la tension du muscle ; au niveau des tendons, l’organe de golgi donne des informations sur la force ; les articulations donnent des informations sur la direction, l’angle des membres et la posture tandis que le système vestibulaire (oreille interne) donne des informations sur l’équilibre spatiale (position de la tête).

Ces différents récepteurs (5 sens et proprioception) transmettent une information au cerveau. Parfois une réponse intervient avant le traitement du cerveau (via la moelle épinière), mais l’information va toujours au cerveau pour être intégrée comme base de données et ainsi produire de l’expérience. Cela permettra par exemple de reproduire le geste ainsi appris sans avoir besoin de voir à nouveau une démonstration (c’est la notion de bio-feed back où l’on apprend mieux et plus rapidement en ayant un retour sur l’exécution d’un geste, la modification de la tension dans un muscle, le changement de température à un endroit du corps). On intègre une information par apprentissage cortical et l’on peut reproduire le phénomène même sans les informations extérieures (sans stimuli). L’inverse n’est pas vrai : sans proprioception, on ne pourra pas reproduire un fait sans l’intervention de stimuli externes.

Lorsque l’information va au cerveau, elle est intégrée à la base de données pour ensuite être réutilisée. C’est ce que nous avons observé dans l’article sur le fonctionnement moteur du cerveau.

L’apprentissage se fera schématiquement comme suit :

Au départ, nous avons notre objectif (déplacement) et les facteurs externes (l’environnement). Lors de notre développement (gestation), notre système nerveux s’est développé et a donné des possibilités innées (notre programme moteur primaire). Puis, nous avons appris des schémas moteurs, c’est-à-dire la totalité des gestes que nous avons fait et répétés durant notre vie (enfance, adolescence, adulte). Il s’agit de notre mémoire motrice, notre réservoir d’expériences. Enfin, nous avons notre apprentissage immédiat. C’est de celui-là dont dépendra notre aptitude sportive. A partir de nos possibilités innées et de nos schémas moteurs, nous allons engager un geste. Ce dernier sera modifié en fonction des conditions extérieures (pouvant être des consignes de l’entraîneur). Ainsi, le geste sera en permanence modifié pour être au plus proche des besoins (là encore le feedback est important pour ajuster le geste au mieux). Ces adaptations se feront au niveau de la force, de la vitesse, de l’amplitude et de la direction. Ces adaptations vont modifier la biomécanique qui transmettra des informations (proprioception) afin de comparer le geste avec la base de données existante (feedback proprioceptif). Le coach va donner des indications (ou le pratiquant va observer l’environnement) permettant ainsi une seconde comparaison (feedback extéroceptif). Si tout est OK, le geste continu en l’état. Dans le cas contraire, la gestion se fera par élaboration d’une nouvelle solution (modification de la force, amplitude, vitesse et/ou direction). Pour les conditions de départ, ce nouveau geste deviendra la norme, le nouveau schéma moteur.

Du point de vue de l’apprentissage pur (transformation de ces nouveaux gestes en schémas moteurs), il apparaît que cela n’est possible qu’après des pauses (repos entre les entraînements). Même si on arrive en fin de séance au geste parfait, celui-ci ne pourra être réellement acquis qu’après un repos. De la même manière, un entraînement libre produira plus d’apprentissage qu’un entraînement très directif (exercices trop structurés). Enfin, apparemment il n’y a pas de juxtaposition dans la complexité : il semble que lorsque 2 mouvements proches se suivent, nous passions d’un schéma moteur à un autre (nous ne faisons pas juste un ajout de spécifique). Ainsi, en passant de la marche à la course, nous basculons d’un schéma moteur à un autre. En augmentant la vitesse d’un geste, nous changeons également de schéma moteur. Ainsi, l’apprentissage d’un geste fractionné pourra être intéressant pour débloquer des situations, mais ne devra pas être la base de l’entraînement (nous revenons ici à l’interrogation sur l’intérêt des machines en salle de sport). De la même manière, l’apprentissage d’une technique à une vitesse ne pourra pas être considérée comme acquise à une vitesse supérieure (ou une force supérieure).

La mentalisation de l’entraînement (visualisation des gestes à faire par exemple) donnera plus de résultats s’il y a alternance entre visualisation et exécution (toujours le feed back des organes sensoriels internes). L’optimal semblant être : visualisation – exécution – retour d’expérience (vidéo du geste, connaissance du chronomètre, etc.).

Comment les schémas moteurs semblent se mettre en place ?

A partir des schémas primitifs (les mouvements de bases, innés), nous avons acquis des schémas moteurs spécifiques. Que geste est un schéma moteur qui se juxtaposera à un autre pour former un mouvement global.

A partir des schémas primitifs, les 4 variables (force, vitesse, amplitude et direction) vont changer pour produire une adaptation. Si l’adaptation provient des 4 variables, il y aura intégration (apprentissage). Si l’adaptation du geste ne survient qu’avec une partie de ces quatre variables, il n’y aura pas apprentissage définitif (pas de création du schéma moteur).

Ainsi, un apprentissage définitif pourra être réutilisé suite à une déduction. Le schéma moteur est réel. L’apprentissage temporaire manquera d’informations acquises (la direction par exemple) et ne sera pas réutilisable en l’état : le sportif pourra singer (imiter) de nouveau ce geste, mais il sera retardé par le traitement de l’information (manque de fluidité par exemple). Ils seront utilisés à l’instant présent et non anticipés.

Quels sont les mouvements primaires ?

Ici, nous les considérons exclusivement comme les mouvements post-natals (les mouvements intra-utérins étant trop différents du fait de la pesanteur, des stimuli nouveaux, etc.).

On les regroupe en 5 catégories :

• Posturaux : symétrique, asymétrique et hypotonie axiale ou hypotonie segmentaire.
• Mouvements spontanés des membres et du visage
• Les réflexes archaïque : Moro (réflexe d’extension de la tête), marche, évitement, nage, redressement, fermeture de la main sur un objet, etc.
• Les réflexes définitifs : bâillement, hoquet, succion, déglutition, éternuement, réflexes tendineux, réflexes cutanés …..
• Compétences précoces : imitation, préhension, reconnaissance des sons, voix de sa mère, goûts, etc.

 Ces réflexes disparaissent progressivement pour être remplacés par les schémas moteurs acquis. Une autre école suppose qu’ils ne disparaissent pas et qu’ils servent de base aux apprentissages futurs. Il semble que cette seconde hypothèse soit en voie de devenir la base, mais rien n’est encore définitif.

Comment se passe l’apprentissage ?

Il intervient grâce à 2 facteurs indissociables : la répétition et le feedback.

La répétition suit les notions purement réactives (la captation des stimuli externes et internes qui engendreront une réaction). Plus il y aura de répétition, plus le paramétrage sera optimal au sein des 4 facteurs que nous avons vus (force, amplitude, direction et vitesse), permettant par la suite une anticipation (représentation interne du mouvement).

A partir de ces représentations, nous pouvons créer un nouveau mouvement qui aura pour base celui répété (par exemple pour un sprint avec une foulée d’amplitude 1, nous pourrons arriver à l’amplitude 2 en débutant à la une et en effectuant les modifications nécessaires). Ceci sera valable si les autres paramètres sont identiques ou proche du schéma moteur appris.

Ainsi, nous arrivons à 2 possibilités d’entraînement :

Soit on fait une pause entre les répétitions et nous laissons le temps au système nerveux d’intégrer l’évènement (permettant de modifier légèrement les paramètres à la session suivante), soit on enchaîne des exercices identiques en tous points.

Cette seconde solution montre que lorsqu’un évènement est répété à l’identique, la performance est meilleure (ce qui est intéressant pour le tir à l’arc par exemple). A l’inverse, lorsque les possibilités sont multiples (la majorité des sports), un entraînement varié (et donc avec des pauses) produira plus de résultats qu’un entraînement identique. Par exemple pour le tir d’un coup franc au Football, les paramètres extérieurs ne sont jamais les mêmes (vent, fatigue, placement des adversaires et des partenaires, etc.). La répétition identique (toujours le même mur, les mêmes conditions d’élan, etc.) produira moins de résultats que la variation de postulats (le plus n’étant alors pas le mieux).

Le Feedback, quant à lui, se présente selon 4 possibilités : le Feedback rétroactif subjectif, objectif, la variabilité de la pratique et l’imagerie mentale.

Le Feedback rétroactif subjectif est une boucle d’expérience que se construit seul le sportif (gestion des informations perçues au niveau proprioceptif et de l’extérieur).

Le feedback rétroactif objectif (ou biofeedback) est une boucle d’expérience qui est transmise exclusivement par l’extérieur (le chronomètre, l’entraîneur, la vidéo, etc.) qui s’ajoute au Feedback subjectif. L’intérêt de cette composante est l’immédiateté afin que le sportif puisse mettre des impressions vraies sur l’information reçue. Plus on s’écartera de l’évènement, plus les notions subjectives seront déformées.

Cela peut être particulièrement intéressant lors d’apprentissages nouveaux ou lors d’une hyperspécialisation. Par exemple, il est impossible au Système nerveux de gérer 2 facteurs antinomiques comme la force et la précision (le geste parfait étant un équilibre entre les 2). L’entraîneur prendra en charge la précision (par exemple), l’athlète se contentant de gérer la force et de réagir aux indications de l’entraîneur. Là, nous sommes dans la notion d’apprentissage par l’erreur : il faut que le pratiquant ai fait le geste (bien ou pas), ressentit les effets (Feedback subjectif) pour ensuite incorporer cela aux informations de l’entraîneur (Feedback objectif).

La variabilité de la pratique (ou multitudes de paramètres) est nécessaire pour impliquer un maximum de schémas moteurs et donc permettre un développement du système nerveux (ou un entretien s’ils existent déjà). Ainsi, la répétition d’un même geste à différentes vitesses permettra d’apprendre les différents schémas moteurs propres à ces différentes vitesses, donnant ainsi le plus grand panel de solutions intégrées pour le jour de la compétition. Ainsi, si une situation inconnue intervient, des schémas moteurs préexistants serviront de base de réalisation et permettront un gain de temps (et de précision) pour la réalisation de la réponse adéquate. Plus petite sera la nécessité réactive, meilleure sera la performance.

L’imagerie mentale permet de pratiquer le mouvement sans réellement le faire (gain d’énergie, réduction des risques de blessures). Ainsi, on visualisera la performance en faisant appel aux différentes mémoires (sensorielle, auditive, tactile, etc.). Une seconde possibilité existe en utilisant l’imagerie kinesthésique (on cherchera à sentir le mouvement intérieurement) travaillant ainsi l’aspect proprioceptif.

Chacun étant différent, le choix entre ces deux possibilités se fera en fonction de chaque athlète, de la tâche demandée et du niveau de connaissance (pas la peine de demander à un athlète de ressentir un geste qu’il n’a pas encore pratiqué). Pour aller plus loin sur le sujet, l’article concernant la gestion de l’imagerie mentale vous y aidera.

Ces informations sur l’apprentissage sont en partie issues du cours de Clara James (Récapitulatif Apprentissage et développement moteurs, 2006-2007).

Maintenant que nous savons comment nous apprenons et donc comment nous progressons, les parties suivantes se consacreront à la manière dont cela s’opère notamment au niveau de la plasticité neuronale.

Et entre temps, Fuck your Genetic, Train Hard !