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Claude-Alain HAUERT. « La production du mouvement. »

« La production d’un mouvement ».

« Pour en venir maintenant spécifiquement à la motricité, nous postulerons tout d’abord l’existence d’un mécanisme responsable de la production du mouvement. Ce mécanisme – généralement désigné par le terme de programme moteur (PM) – serait actif avant même le déclenchement du mouvement. Un PM spécifique se trouverait ainsi associé à chacun des mouvements que nous sommes capables de produire. Il représenterait la condition nécessaire et suffisante de sa bonne réalisation (Keele, 1968). En d’autres termes, il s’agit, selon Schmidt, d’un « set of prestructured (…) motor commands that, when activated, result il movement oriented toward a given goal » (Schmidt, 1976, p. 59).

Mais Schmidt lui-même avait déjà bien relevé les deux problèmes que soulève inévitablement le concept de PM spécifique : celui de la nouveauté et celui du stockage. Un mouvement, aussi simple soit-il, ne s’est jamais produit et ne se reproduira jamais exactement de la même façon. Comment est-il dès lors possible de posséder, préalablement à sa réalisation, le PM d’un mouvement que l’on n’a à strictement parler jamais réalisé auparavant ? Comment est-il d’autre part possible de conserver en mémoire une quantité virtuellement infinie de PM relatifs à tous les mouvements passés et à venir ?

Pour tenter de répondre à ces interrogations, il est possible de se référer à nouveau à Schmidt – dont il sera largement question tout au long de ce texte – en invoquant la notion de programme moteur généralisé (PMG) (Schmidt, 1975, 1982). Cette notion désigne un ensemble de coordinations  motrices sous-jacentes à une classe de mouvements. Un PMG fixerait la forme, le pattern général d’un mouvement, laissant non définies les particularités relatives à sa réalisation dans un contexte donné. Dans cette idée, un PMG possède donc des paramètres flottants dont la valeur doit être spécifiée de cas en cas à travers un processus d’instanciation qui sera évoqué plus en détail ci-après. La notion de PMG est sans doute proche de celle d’engramme moteur de Bernstein (1967), de celle de schéma (Bartlett, 1982 ; Pew, 1974a, 1974b, 1984), de celle de programme central (Brooks, 1974), ou encore de celle de schème moteur (Piaget, 1936).

Dans notre conception, les paramètres d’un PMG qui sont à spécifier de cas en cas avant de produire un mouvement ou, comme on le verra plus loin, qui peuvent être re-spécifiés en cours de mouvement, sont biomécaniques (relatifs aux muscles et aux axes articulatoires, ou aux « structures coordinatives » au sens de Easton (1972), ou de Kelso et al. (1979)), spatiaux (relatifs à l’amplitude et à la trajectoire du mouvement), temporels (relatifs à la durée du mouvement et aux durées relatives de chacune de ses phases), cinématiques (relatifs à la vitesse et à l’accélération du mouvement) et dynamiques (relatifs à l’intensité des forces actives en jeu).

En guise d’illustration de ce mécanisme, on peut appeler l’exemple célèbre de Bernstein (1967) concernant la signature (voir aussi Merton, 1972 ; Viviani et Terzuolo, 1980, 1982) : l’invariance morphologique de ses caractéristiques cinématiques est toujours conservée, même au travers de conditions biomécaniques spatiales et temporelles d’exécution très variables.

Le problème de la nouveauté trouve ainsi une solution puisqu’un PMG se conçoit comme sous-jacent à une classe de mouvement dont l’extension est infinie. Le problème du stockage trouve également une solution, puisqu’il est nécessaire de ne conserver en mémoire qu’un PMG par classe de mouvements. Il subsiste toutefois la question, sans réponse actuellement, de la définition en compréhension d’une classe de mouvements : est-ce par rapport à une articulation, un segment, une fonction bio-mécanique, une fonction d’usage, etc. ? Pour notre propos, retenons simplement l’idée qu’un PMG est une donnée relativement abstraite, spécifiable de cas en cas. Un PMG ainsi instancié devient alors directement interprétable par les effecteurs.

Avant de passer au problème de l’instanciation du PMG, il convient de mettre un peu d’ordre dans ce que nous avons déjà dit. Nous avons en particulier suggéré implicitement l’existence d’au moins trois niveaux dans l’organisation motrice : un niveau qui présiderait au choix d’un PMG, un niveau où serait disponible ce(s) PMG et un niveau relatif à un PM spécifique, c’est-à-dire à un PMG instancié, paramétrisé. En effet, nous concevons bien la motricité comme une organisation hiérarchique (Zanone et Hauert, 1987). Le niveau supérieur de cette hiérarchie traite des aspects logiques du mouvement : quels sont les segments impliqués ? Dans quelle direction leur trajectoire va-t-elle se développer ? Quel est le but final du mouvement ? Ces aspects logiques sont coordonnés, dans ce premier niveau, en ce que nous appellerons une procédure. Lorsque la procédure du mouvement est fixée, un programme moteur généralisé, stocké dans le deuxième niveau de cette hiérarchie, est sélectionné. Le passage au niveau inférieur est alors relatif à l’opération d’instanciation qui résulte en la production, à un niveau inférieur de cette hiérarchie, d’un programme moteur spécifique permettant d’initier la séquence motrice désirée. Dans tout mouvement, cette séquence d’opérations est nécessairement présente. De plus, le niveau supérieur de cette hiérarchie est clairement selon nous de nature cognitive : c’est le niveau de l’information subjective, des représentations internes dont dispose le sujet. Les matériaux de base sur lesquels s’élabore primitivement tout acte moteur sont des représentations internes du sujet.

Pour tenter maintenant de préciser comment peut se réaliser effectivement l’instanciation d’un programme moteur généralisé, nous ferons une nouvelle fois référence à Schmidt en introduisant la notion de schèma (Schmidt, 1975, 1976, 1982). Rappelons que, selon cet auteur, le sujet serait doté de schémas d’évocation, c’est-à-dire de mémoires stockant la fonction de transfert (le « rule », dans les schèmes de Schapiro et Schmidt 1982) établie progressivement dans l’histoire du sujet entre a) les afférences extéro – et proprioceptives (« l’état du système », ES), b) les buts possibles des actions, et c) les instanciations du (des) programme(s) moteur(s) généralisé(s) (c’est-à-dire le spécifications passées des réponses).

Ces relations constituent un ensemble de règles génératives qui permettent d’interpoler, pour un mouvement donné, « les meilleures spécifications possibles de la réponse » (toujours selon les termes de Schmidt), à partir de l’état courant du système et du but actuellement visé. Toutefois, à la différence de Schmidt, nous postulons que l’ES et le but visé sont des réalités subjectives, des représentations internes. Dans notre conception, des « inputs » du schéma d’évocation sont définis au niveau supérieur de la hiérarchie motrice.

Pour produire un mouvement, un PMG est donc tout d’abord choisi dans une phase que nous qualifierons de planification, puis il est instancié par un schéma d’évocation. Sélection et instanciation du PMG constituent alors la phase de programmation proprement dite de l’action.

Le contrôle moteur.

Nous venons de décrire comment le sujet élabore et exécute une réponse motrice, dans la phase purement proactive de l’acte moteur. Ces opérations peuvent rendre compte de la production d’un skill sous forte contrainte temporelle. Si elles sont seules en jeu, elles définissent un mode de fonctionnement particulier du mouvement généralement caractérisé de déclenché.

Mais, comme on va le voir, en plus du mode déclenché, il existe deux autre modes possibles de contrôle du mouvement, dans lesquels le sujet peut tirer parti des conséquences de son action sur le milieu et sur son propre corps pour évaluer les modalités du déroulement de son mouvement ainsi que l’adéquation au but recherché, et effectuer une éventuelle correction.

Plusieurs familles de récepteurs sont à l’origine des conséquences actuelles proprio – et extéroceptives (CAC) du mouvement ou de la posture (voir par exemple, Fel’dman et Latash, 1982 ; Goodwin et al., &972). Postulons que ces ré-afférences parviennent à un comparateur dont la fonction est de déceler un écart éventuel entre elles et les conséquences sensorielles attendues (CAT), c’est-à-dire celles qui résulteraient de la réalisation optimale, sans perturbations, du mouvement projeté selon la procédure d’action.

Si un écart est décelé, ce comparateur a pour mission de produire un message d’alarme. Tant qu’un tel message n’est pas généré, les mécanismes de régulation de l’action ne sont pas sollicités.

Dans cette hypothèse, la situation est analogue à celle rencontrée dans la discussion des composantes motrices de la phase proactive de l’action. En effet, il faut postuler l’existence d’un intermédiaire entre les représentations du niveau supérieur et le comparateur, intermédiaire capable de générer les CAT dans un code analogue à celui des CAC : il s’agit du schéma de reconnaissance (Schmidt, 1975, 1976), pendant du schéma d’évocation, qui remplit cette fonction relativement au but recherché et à l’ES.

Le schéma de reconnaissance est donc une seconde mémoire, sensorielle celle-ci, dans laquelle est stocké le réseau de relations établies à travers les expériences passées entre a) les conditions initiales des mouvements (l’état du système), b) les buts réalisés et c) les conséquences sensorielles passées. Ainsi, pour un mouvement donné, le schéma de reconnaissance fournit par interpolation une estimation anticipée des CAT en fonction du but et de l’ES. Cette estimation peut être considérée comme la norme subjective utilisée par le comparateur pour la détection d’un éventuel écart. Il s’agit ici en fait d’une vieille idée dont on trouve une première formulation chez James (1890) (voir Kelso et Wallace, 1978).

 Si l’écart entre CAT et CAC est tel qu’il nécessite une correction du mouvement, deux cas  peuvent être envisagés :

–        Erreur de planification : le sujet définit une nouvelle procédure et choisit, le cas échéant, un nouveau PMG ;

–        Erreur d’instanciation : une ou plusieurs valeurs des paramètres du PMG sont redéfinies en cours d’action, ou d’une action à la suivante.

Dans notre conception, comme dans celle de Schmidt, le comparateur ne fournit qu’un message d’alarme ; le calcul de correction est effectué par le schéma d’évocation sur la base de l’ES courant, à savoir un traitement cognitif des CAC. Ainsi, les CAC ont pour cible, en plus du comparateur, le niveau de la planification motrice. Selon la « gravité subjective » de l’erreur, soit le schéma d’évocation effectue une correction du second type ci-dessus à partir d’une même procédure, mais d’un ES différent, soit il le fait à partir d’une procédure et d’un ES nouveaux dans une correction de type 1.

 A titre d’exemple, nous pouvons évoquer une étude que nous avons actuellement en cours, en collaboration avec C. Steffen, sur la coordination bimanuelle chez l’enfant. Sans entrer dans le détail de la problématique, qui porte sur la gestion des homologies musculaires dans la coordination bimanuelle, signalons simplement que nous demandons à l’enfant de dessiner deux carrés simultanément, un avec chaque main. Une des conditions expérimentales demande de produire ces dessins à travers des mouvements parallèles des mains, sans contrôle visuel direct. Une erreur rencontrée chez l’enfant consiste à commencer ses dessins en parallèle et à les terminer en miroir.

De telles erreurs peuvent être interprétées comme des erreurs de planification. Sous réserve de cette erreur, la programmation se déroule parfaitement correctement. En d’autres termes, c’est le PMG choisi qui est incorrect, mais il est correctement instancié. Les mouvements sont rapides et peuvent être considérés comme déclenchés.

D’autre part, il est également possible d’observer des réponses correctes, dans le sens où l’enfant reproduit finalement le modèle proposé, mais à travers des mouvements lents, accidentés et partiellement désynchronisés. Dans ce cas, la procédure d’action est correcte. Elle mène aux choix du PMG correct, mais son instanciation pose problème à l’enfant.

Cette classification en deux types d’erreurs entraîne une conséquence importante au niveau fonctionnel : les corrections de type 2 (modification des valeurs des paramètres) peuvent se faire en ligne, dans le cours même du mouvement ; celui-ci peut alors conserver son caractère de continuité, tel que le définissent Brooks et al. (1973). Dans ce cas, le mouvement est à considérer comme contrôlé en feed-forward. Mais cette correction peut aussi nécessiter l’instanciation du PMG. Le mouvement peut alors être considéré comme contrôlé en feed-back et il présente des discontinuités. La production motrice devient alors assimilable à une succession de mouvements de faible amplitude. La sélection d’un nouveau PMG ou la planification d’une nouvelle procédure (type 1) impliquent, elles, un arrêt momentané du mouvement.

Concrètement, on peut diagnostiquer simplement ces modes de contrôle, de même que le mode de contrôle déclenché, sur la base des mécanogrammes d’accélération des mouvements. Les mouvements contrôlés en feed-back présentent plusieurs alternances d’accélération et de décélération. Les mouvements ne présentant qu’une alternance simple sont déclenchés si leur accélération ne présente pas de modulation ; ils sont contrôlés en feed-forward si ces phases présentent des modulations.

Pour résumer.

Le modèle que nous avons présenté peut être considéré comme cognitif dans le sens où tous les niveaux évoqués sont systématiquement impliqués dans la production et le contrôle d’un acte moteur. En effet, la définition de la procédure d’action est une opération cognitive ; ensuite, l’ES, seconde source d’information ses schémas, n’est pas un donné brut, mais bien le résultat d’un codage représentatif des CAC. Il est donc clair pour nous que les schémas à la disposition du sujet n’opèrent pas directement sur les propriétés du milieu et du corps propre, mais bien sur des représentations et ces propriétés. Ainsi, les modes de fonctionnement moteur précédemment évoqués – mouvements déclenchés, contrôlés en feed-forward ou en feed-back – ne traduisent pas des propriétés intrinsèques des schémas d’évocation et de reconnaissance des sujets, mais reflètent plutôt le niveau d’élaboration représentative des dimensions sur lesquelles ces schémas opèrent. Comme nous l’avons souligné en introduction, cette élaboration est le facteur déterminant de la prédictibilité subjective de la situation.

En bref, notre conception est assez similaire aux divers modèles hiérarchiques de la motricité formulés par Adams (1976), Bernstein (1967), Gentile (1972), Keele (1981), Paillard (1980), Pew (1974b), Schmidt (1982) et Schaffer (1981), à deux différences importantes près toutefois.

La première d’entre elles est évidemment relative à notre postulat qui suppose que l’information transitant dans le système est générée par le sujet lui-même. La seconde différence réside dans le fait que nous supposons en plus une implication simultanée des quatre niveaux de cette hiérarchie dans la production de tout mouvement :

–        Niveau des représentations , auquel la procédure n’action est fixée relativement aux conditions initiales ; c’est également le niveau auquel les corrections procédurales sont produites ; il s’agit donc du niveau de la planification motrice ;

–        Niveau de schémas, i.e. mémoires perceptive et motrice, assurant l’instanciation et la mise à jour des paramètres flottants du PMG, stocké au même niveau, et fournissant une référence interne au comparateur ; il s’agit du niveau de la programmation motrice ;

–        Niveau du programme moteur spécifique et du comparateur qui assurent respectivement la production du mouvement et la production d’un message d’erreur ; il s’agit donc du niveau de la gestion de la séquence motrice ;

–        Niveau de la machine biologique qui réalise matériellement les interactions sujet-environnement ; il s’agit du niveau de l’exécution motrice.

(In : Claude-Alain HAUERT. « Apprentissage et développement des actions motrices complexes ». Publié sous la direction de Michel Laurent et Pierre Therme. Edité par le Centre de Rechercher de l’U.E.R.E.P.S. – Aix-Marseille II, 1987, pages : 93 – 98).

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