La « carte corporelle » du cerveau ne change pas: l'IRMf longitudinale montre la stabilité des représentations de la main même après une amputation

L'idée classique est qu'en cas d'amputation d'un bras, la région orpheline de la carte corporelle du cortex somatosensoriel primaire (S1) est rapidement envahie par ses voisines, principalement les lèvres et le visage. Une nouvelle étude parue dans Nature Neuroscience brise ce schéma. Les chercheurs ont suivi trois patients adultes longitudinalement, avant et jusqu'à cinq ans après l'amputation, et les ont comparés à des témoins. La carte de la main dans S1 et le cortex moteur (M1) sont restés remarquablement similaires à l'original, et il n'y a pas eu d'« expansion » de la région des lèvres dans la « main ». Autrement dit, l'amputation elle-même ne déclenche pas de « recâblage » cortical à grande échelle: les adultes conservent un modèle corporel interne stable même sans apport périphérique.

Contexte de l'étude

L'image classique de la somatotopie (le même « homoncule » de Penfield) a longtemps été complétée par la thèse d'une « reprogrammation » du cortex après amputation: la zone de la main dans le cortex somatosensoriel primaire (S1) perdrait rapidement ses informations et serait « capturée » par la projection voisine du visage et des lèvres, et le degré de cette reprogrammation serait associé à une douleur fantôme. Cette idée a été étayée par des études et des revues transversales d'IRMf/MEG, ainsi que par des observations cliniques individuelles du « transfert » de sensations du visage à la main fantôme. Cependant, les données probantes reposaient principalement sur des comparaisons entre différentes personnes et des méthodes du « winner takes all », sensibles au bruit et à la sélection de seuils.

Ces dernières années, des cartes plus précises ont émergé, montrant l'organisation complexe et souvent stable du visage et de la main en S1 chez les amputés: certains signaux pris pour l'« invasion » des lèvres pourraient être un artefact de l'analyse, et la relation avec la douleur fantôme est incohérente. Les critiques ont notamment pointé du doigt la méthodologie du « winner takes all », les ROI de petite taille et le manque de prise en compte des mouvements fantômes et des influences descendantes. Les approches multivoxels et RSA offrent une image plus nuancée, où la « capture » évidente par le visage est souvent invisible.

Une nouvelle étude longitudinale publiée dans Nature Neuroscience comble une lacune majeure: une comparaison « avec soi-même » avant l'amputation et des mois/années après. Chez trois patients, les auteurs ont comparé les activations lors des mouvements des doigts de la main (avant) et d'une main « fantôme » (après), ainsi que des lèvres; des groupes témoins et une cohorte d'amputation externe ont également été utilisés. Résultat: les cartographies de la main et des lèvres sont restées remarquablement stables, et aucun signe d'« expansion » du visage dans la main n'a été observé; un décodeur entraîné sur les données « avant » a reconnu avec succès les données « après ». Conclusion: chez l'adulte, les représentations somatosensorielles sont étayées non seulement par des entrées périphériques, mais aussi par des modèles/intentions internes.

D'où les implications pratiques et théoriques: les interfaces cerveau-ordinateur et les prothèses peuvent s'appuyer sur des « cartes » étonnamment stables du membre amputé, et l'hypothèse « douleur = remappage » doit être révisée en faveur d'autres mécanismes de la douleur fantôme. Plus généralement, ces travaux bouleversent le débat de longue date sur la plasticité: la somatotopie mature chez l'homme s'avère bien plus stable que ne le supposaient les cours de neurosciences.

Comment l'ont-ils vérifié?

Les auteurs ont utilisé une méthode longitudinale: une IRMf a été enregistrée chez les mêmes personnes avant l’opération, puis à 3 mois, 6 mois et plus tard (1,5 ou 5 ans). Au scanner, les participants devaient bouger leurs doigts (avant l’amputation) et leurs doigts « fantômes » (après), pincer les lèvres et plier les orteils.

• Échantillon et témoins: 3 patients avec amputation élective du membre supérieur; 16 témoins sains (avec scanners répétés); comparaison supplémentaire avec une cohorte de 26 amputés chroniques (moyenne 23,5 ans après l'amputation).
• Métriques cartographiques: centres de gravité (COG) de l'activité en S1, corrélations pré/post modèle à corréler pour chaque doigt, décodage du mouvement SVM linéaire (entraînement avant amputation → test après et vice versa), évaluation de la pénétration des lèvres dans la zone de la main.
• Résultats numériques clés: les corrélations longitudinales des modèles doigt à doigt étaient élevées (r≈0,68-0,91; p<0,001), la précision du décodeur entraîné « avant » est restée supérieure au hasard lorsqu'il a été testé « après » (≈67-90 %), et les limites de la « carte des lèvres » ne se sont pas étendues dans la « zone de la main » même après 1,5 à 5 ans.

Pourquoi est-ce important pour les neurosciences et la pratique clinique?

Ces travaux montrent que les représentations du « corps » en S1 chez l'adulte sont soutenues non seulement par des signaux sensoriels périphériques, mais aussi par des influences descendantes issues des intentions motrices et des modèles internes. Ceci explique pourquoi la tentative de mouvement d'une main « fantôme » suscite une activité similaire à celle d'une main normale, et pourquoi des études transversales antérieures ont pu surestimer l'intrusion faciale en raison d'une approche du « gagnant rafle tout » qui ne tient pas compte de l'activité fantôme. C'est une bonne nouvelle pour les interfaces cerveau-ordinateur: une « carte » détaillée et stable d'un membre amputé est adaptée aux applications à long terme. Pour le traitement de la douleur fantôme, l'implication est plus subtile: les interventions chirurgicales et les interfaces neuronales actuelles ne « restaurent » pas la carte, car elle est déjà présente; par conséquent, d'autres mécanismes de la douleur doivent être ciblés.

Que vérifier ensuite

Les auteurs concluent prudemment mais directement: il n’existe aucune preuve de « remodelage » de la somatotopie S1 induit par un déficit après amputation chez l’adulte; la préservation et la réorganisation ne sont pas conceptuellement incompatibles, mais une capture importante par les lèvres n’est pas visible sur les mesures longitudinales. Il est important d’élargir l’échantillon et de standardiser les tâches:

• Élargissez les plages N et d'âge, testez la vitesse/les limites de conservation des cartes pour différentes causes d'amputation et les niveaux de contrôle moteur préopératoires.
• Ajoutez des marqueurs périphériques objectifs, notamment l’électromyographie du moignon et la neurostimulation, pour séparer les contributions des signaux descendants et périphériques.
• Repenser les protocoles de remappage, du modèle où le gagnant remporte tout, aux analyses longitudinales, multi-voxels et de classification qui tiennent explicitement compte du mouvement fantôme.

En bref - les points principaux

• Stabilité au lieu de « saisir »: les cartes des mains et des lèvres en S1/M1 chez les adultes restent positionnées de manière stable jusqu'à 5 ans après l'amputation.
• Le fantôme n'est pas de l'imagination: les tentatives de déplacer les doigts « fantômes » produisent des schémas statistiquement similaires aux mouvements de la main préopératoires.
• Implications: une base solide pour les prothèses BCI; reconsidérer le concept de plasticité induite par le déficit; nouvelles cibles pour la thérapie de la douleur fantôme.

Source: Schone HR et al. « Cartes corticales corporelles stables avant et après amputation du bras », Nature Neuroscience, 21 août 2025 (brève communication). DOI: https://doi.org/10.1038/s41593-025-02037-7