Jouer du Piano – Neurophysiologie

Jouer du Piano - NeurophysiologiePhysiologie des mouvements du pianiste

Jouer d’un instrument avec un clavier est avant tout un phénomène moteur.
Il convient donc au début de cette étude physiologique de rappeler les bases neurologiques des mouvements de préhension. Il ne s’agit pas, ici, de mouvements ayant pour but la « prise » d’un objet, mais de la recherche de « contacts » avec les différentes touches du clavier.
En second lieu, observer un pianiste pendant son interprétation d’une partition ne manque pas de susciter un questionnement multiple.

Neurophysiologie du mouvement pianistique
La décision de jouer fait intervenir le psychisme de l’individu. Le pianiste a l’intention de jouer une partition, c’est le but auquel il va consacrer son temps dans l’immédiat.
L’action de jouer (qui est l’acte moteur) est précédée par une représentation imaginative, centrale) qui va comporter des mouvements organisés et coordonnés des membres supérieurs. Cette représentation est anticipatrice de la mobilisation des doigt.
Le rapprochement des mains et du clavier (correspond au temps de l’approche dans la physiologie de la préhension) va mettre les différents segments des membres dans une posture qui intéresse l’ensemble du corps et qui est nécessaire pour mettre les doigts dans la situation adéquate de départ. Ces mouvements d’approche interviennent à la fois de façon inconsciente grâce à la mise en jeu de réflexes sous-corticaux et médullaires, et aussi, de façon consciente grâce à la vision.
Le contact étant établi entre les doigts et les touches du clavier, la commande motrice va démarrer et c’est alors le cortex cérébral qui prend la direction des événements.

Le cortex moteur primaire obéit, en fait aux influx issus des neurones des aires prémotrices qui sont situées en avant de l’aire motrice principale.
Elles sont au nombre de trois :
une aire prémotrice dorsale PMd
une aire prémotrice ventrale PMv
une aire dorsomédiane ou aire motrice supplémentaire AMS ou SMA
C’est vers ces aires que convergent pratiquement tous les axones provenant de l’ensemble des noyaux associatifs du cerveau et des noyaux gris profonds.
Principalement ces interneurones proviennent du cortex pariétal, dont la partie antérieure reçoit les fibres de la sensibilité somesthésique (voies lemniscales) et aussi les voies de la proprioception consciente ou inconsciente. Elles se projettent sur le thalamus puis sur le lobe frontal.
Ces deux voies sont aussi en connexion avec le cortex visuel et gagnent ensuite les aires prémotrices, qui sont le passage obligé de tous les influx réglant la succession des phénomènes moteurs.
Ceux-ci ont la particularité d’être bien organisés et ce fait est expliqué par la mise en jeu de la mémoire.

La théorie des schémas
C’est la Théorie des schémas qui est généralement retenue : plusieurs « schémas moteurs », déjà vécus et enregistrés peuvent s’assembler pour atteindre le But. Il s’ensuit une coordination. Ce programme peut s’inclure dans un autre plus large et ainsi de suite (phénomène de la récursivité) (Arbib).
Grâce à l’IRMf on a montré que l’action débute dans le cortex préfrontal, gagne le SMA, puis le cortex moteur qui va entraîner le passage à l’acte.
Il est évident qu’alors, va débuter une adaptation, une modulation des gestes. Cela caractérise le jeu du pianiste.
Cette adaptation des mouvements ne semble pas liée à l’existence nouvelle d’afférences proprioceptives, parce que la vitesse du signal nerveux de retour serait trop lente.
On évoque l’existence de « sensations d’innervation » (Lashley) pouvant donner la conscience des mouvements, alors modifiables plus rapidement, mais cette notion n’est pas prouvée.
Par TMS (stimulation magnétique transcranienne) on a constaté que le pianiste, par simple jeu de sa volonté peut modifier l’excitabilité d’une zone limitée de son cortex moteur et donc modifier ses gestes à la demande.
M. Jeannerod soutient le concept d’un « modèle interne » qui va autoriser l’adaptation nécessaire. – Il l’appelle une « Copie d’efférence ». Selon les principes de la cybernétique cette copie offrirait une possibilité de régulation par deux moyens, soit le mode de « feed-back » (mais on a vu la vitesse insuffisante des influx de retour), soit de « feed-forward », qui est un système proactif de contrôle par comparaison immédiate et adaptation très rapide.
Pour créer et diffuser cette copie d’efférence, c’est la zone SMA qui serait importante.
Elle serait associée en complément aux rôles connus de comparateur du cervelet et du cortex pariétal postérieur.

Questions soulevées en observant un pianiste en train de jouer1. Comment fait le pianiste pour utiliser les deux mains en même temps et d’une façon asymétrique, chacune apportant sa contribution à la production de sons parfaitement articulés entre eux, sans interférence et selon un rythme propre ?
Ce qui étonne, ce n’est pas le caractère bimanuel de l’emploi de ses doigts, tout à fait banal chez l’être humain dans bien des situations de la vie courante, mais c’est cette association dans le BUT de créer des sons a priori bien définis et coordonnés. La partition est elle-même écrite avec deux « clefs » distinctes chacune étant dédiée à une main (la clef de sol pour la main gauche et la clef de fa pour la main droite).
2. Jouer sur un clavier correspond à un acte qui fait partie d’un système sensitivo-moteur très structuré.
Or, l’organisation nerveuse est toujours duale : nous avons donc à l’origine de cet acte deux hémisphères cérébraux. Et nous pouvons facilement déduire qu’il existe « en double » un faisceau cortico-spinal (final common way) qui émane de chacun des côtés et qui (après décussation au niveau du bulbe) relie une aire corticale motrice primaire et la corne antérieure de la moelle d’où part le nerf qui va activer la musculature de la main.
Ainsi le cerveau droit fait fonctionner la moitié gauche du corps alors que le cerveau gauche anime les muscles du côté droit. Cela est intangible, quelles que soient les modulations du geste. En effet celles-ci arrivent préalablement au niveau des neurones du centre moteur primaire du cortex, après avoir été générées par l’action des nombreux interneurones qui les relient aux autres noyaux cellulaires corticaux ou sous-corticaux du même côté. C’est avant d’atteindre la moëlle que le geste est anticipé et que les actions motrices planifiées dans un but donné vont démarrer.
3. Comment va s’opérer une répartition adéquate des commandes motrices entre les deux hémisphères ?
Dès lors se pose la troisième question : comment à partir d’une musique (que l’on peut appeler holistique) on ne peut plus définie, va s’opérer une répartition adéquate des commandes motrices entre les deux hémisphères ?
L’artiste peut ou bien lire globalement la partition dans le même temps de son interprétation ou bien entendre le morceau totalement de façon imaginative grâce à la mémoire qu’il a acquise auparavant.
La réponse est à chercher dans la relation établie par les commissures interhémisphériques, mais alors comment peut s’articuler un système neuro-moteur d’un côté avec le système construit à l’identique et contro-latéral ?
Nous reviendrons sur ce problème de latéralité dans l’utilisation des deux mains.
S’agit-il d’un hémisphère dominant dit « préféré » qui s’impose dans la totalité de l’interprétation ?
Sinon comment laisse-t-il l’autre hémisphère agir concurremment pour lui-même ?
4. Si nous devons admettre que la musique créée par une main est différente de celle jouée par l’autre main, comment cela s’articule t-il, dans le temps et dans l’espace, le résultat devant correspondre à la mélodie que l’on est censé jouer ?
Dans cette interpénétration des commandes, il est déjà possible de dire qu’il faut obéir à un certain nombre de contraintes : Avec J. Fagard on peut distinguer :
  • des contraintes de synchronie qui sont plutôt des contraintes d’asynchronie puisqu’elles concernent le rythme des deux mains qui doit être différent car le pianiste est capable de jouer des polyrythmes. (Cela est à distinguer de la syncinésie qui se voit chez l’enfant et dans quelques cas pathologiques où les deux mains réalisent des gestes identiques dits « en miroir » sans possibilité de s’en empêcher) ;
  • des contraintes de temps évidente ;
  • et des contraintes de latéralité qu’il faut parfois combattre pour observer les précédentes.
On voit déjà que cette liste de questions, non exhaustive, montre que les problèmes posés sont multiples (même si l’on se limite aux seules données motrices).
5. Sur le plan dynamique la complexité va encore augmenter, car il se surajoute des données sensorielles et proprioceptives liées aux mouvements des doigts.
En effet pour que le musicien puisse corriger à tout moment ses gestes en se rapprochant le plus possible des résultats escomptés sur le plan sonore, il dispose de la mise en jeu de l’audition et de la vision. C’est ainsi qu’il peut lui-même apprécier sa performance de façon permanente et dynamique. La différence entre le feed-back et le feed-forward a été soulevée.
Les influx afférents recueillis sont souvent redondants et partagés entre les deux hémisphères (à cause de la latéralisation des voies de la sensibilité).
Un choix va s’avérer nécessaire qu’il soit conscient ou inconscient.
C’est par un entraînement intensif (ou apprentisage) qu’auront pu s’automatiser les séquences et c’est ce qui permettra ce choix sans intervention de la conscience grâce à la facilitation par passage répété d’influx dans les mêmes neurones.

Comment le pianiste peut utiliser ses deux mains

Il est possible de répondre aux questions posées, en s’appuyant sur les très nombreux travaux, cliniques ou expérimentaux, publiés sur le sujet dans les dernières années, et aussi grâce aux progrès récents de l’imagerie médicale (IRM fonctionnelle en particulier). A ce propos il convient de dire que l’IRMf a seulement l’avantage de préciser quelles sont les zones du cortex mises en jeu mais ne peut donner d’indication ni sur la hiérarchie de celles-ci ni sur l’effet inhibiteur ou excitant des influx.

Première question : Peut-on comprendre comment le pianiste peut utiliser ses deux mains ?

Il faut insister sur le rôle physiologique des commissures interhémisphériques : principalement le rôle du corps calleux, les autres commissures (trigone ou fornix et commissure blanche antérieure) n’ont pas la même fonction.
Le corps calleux (CC)
C’est la commissure la plus importante anatomiquement et fonctionnellement.
Il s’étend transversalement entre les deux hémisphères et il est visible au fond des scissures interhémisphériques, dominant la cavité du troisième ventricule. Il présente, dans une section sagittale médiane, une forme aplatie, plus ou moins épaisse qui ressemble à un anneau ouvert en bas.

  • Il correspond aux trois-quarts à des fibres axonales cortico-corticales unissant des aires hémisphériques des deux côtés le plus souvent homotopiques (Cf Infra) (et il est important de se rappeler ce fait).
    On lui décrit, d’avant en arrière, un bec antérieur effilé en pointe ou rostre orienté vers l’arrière et le bas, puis une plicature ou genou, un corps ou isthme et enfin un bourrelet postérieur ou splenium.
    Grâce à l’IMR fonctionnelle dite de diffusion ou IRM-DTI [1], on a pu distinguer l’existence d’un certain nombre de faisceaux axonaux transversaux dans les portions décrites du corps calleux, lequel s’avère donc hétérogène.
    La « tractographie »[2] donne une image reconstruite et virtuelle de ces faisceaux. Quand elle est associée à l’IRM-DTI il est possible de les suivre de bout en bout, sans pour autant savoir exactement quels types d’influx nerveux ils transportent (excitateurs ou inhibiteurs) dans un sens ou dans l’autre : on l’a vu, ces fibres sont « homotopiques » allant d’une aire à une autre semblable de l’autre côté :
    Ainsi, d’avant en arrière, ce sont les fibres unissant les zones préfrontales qui passent par le rostre et le genou, en particulier celles correspondant aux aires prémotrices de chaque côté. En arrière ce sont les fibres reliant les cortex occipitaux qui passent par le splenium et enfin les fibres réunissant les lobes temporaux et pariétaux cheminent transversalement dans les deux tiers postérieurs du corps calleux.
  • le quart restant des fibres du corps calleux ont des connexions hétéro-topiques dont un fort pourcentage irait au cortex limbique de chaque côté. Ces fibres peuvent subir des croisements difficiles à mettre en évidence sur les clichés.
L’imagerie DTI permet, de surcroit, de constater le degré de maturation des fibres axonales qui constituent le corps calleux et en particulier leur degré de myélinisation. Cette dernière débute dès la naissance et se poursuit très tard jusqu’à environ vingt ans. Elle autoriserait une plus grande vitesse de transmission des informations.
D’après certains auteurs, l’augmentation du diamètre des axones (due à leur myélinisation) est correlée avec le nombre d’heures de pratique d’un musicien et serait donc fonction des heures dévolues à l’ apprentissage.
Le corps calleux d’un musicien est en règle plus développé que normalement (quand il s’agit d’un grand virtuose on évoque le chiffre de 20 % en plus).
Le corps calleux étant une voie de passage entre les deux hémisphères, il faut se reporter aux fonctions de chacun de ceux-ci pour savoir comment la transmission se fait et quelle est l’influence d’un côté sur l’autre.
Si, a priori on ne peut donc parler d’un rôle propre du corps calleux en tant qu’entité fonctionnelle, il est possible avec R. D. FIELD, à la lumière de travaux d’imagerie récents, ainsi que d’études cellulaires et moléculaires, de constater qu’il existe une sorte de plasticité de la matière blanche (dont fait partie le corps calleux). Cette plasticité pourrait jouer un rôle dans l’apprentissage et modifierait la qualité du transfert de l’information en raison de l’augmentation en nombre des oligodendrocytes qui entourent les axones et qui produisent la myéline.
Pour conclure cette étude du corps calleux, il faut dire que statistiquement il n’y a pas de différence évidente liée au sexe de « l’individu », mais que sa taille est variable selon la latéralité : il est plus développé chez les gauchers et plus petit chez les droitiers (qui représentent les 2/3 des êtres humains).

Fonctionnement des deux hémisphères cérébraux chez un pianiste

Hémisphères cérébraux et pratique du piano MDA©
C’est un sujet de réflexion très ancien, mais pour lequel les méthodes récentes peuvent donner un nouvel éclairage.
Il faut donc étudier les questions sur la latéralité.

Le rôle des aires prémotrices et des aires motrices supplémentaires est apparu fondamental.
Il faut répéter que, provenant d’autres centres corticaux et sous-corticaux, pratiquement tous les nombreux neurones associatifs impliqués dans l’action motrice convergent vers ces aires prémotrices. Ce n’est qu’ensuite que les influx sont transmis aux axones efférents du cortex moteur primaire.
Il y a théoriquement pour deux hémisphères deux copies d’efférence qui existeraient avant la décussation bulbaire. Elles sont a priori différentes.
En pratique c’est au niveau de la commissure interhémisphérique que vont s’articuler les deux actions.
Où se passe le « couplage » de celles-ci ?
La connectivité interhémisphérique relie, on l’a souligné, des régions homotopiques.
On a constaté que les surfaces des zones prémotrices sont asymétriques : plus larges dans l’hémisphère gauche (où naît la copie d’efférence principale, quand il y a une « préférence » ou une latéralisation).
Des études statistiques ont montré la prédominance de l’utilisation de la main droite (côté généralement préféré dans les 2/3 des cas).
Il y a eu peu de travaux portant sur la latéralité « bi-manuelle » qui justement est celle du pianiste. Cette latéralité dite « de performance » est plus ou moins liée à la difficulté de la tâche à effectuer.
La supériorité de la main droite (innervée par l’hémisphère gauche) serait due à la complexité des gestes requis au niveau des doigts,
La capacité de traiter plus rapidement les informations de retour favoriserait aussi la main droite.
Mais rien n’est tout à fait net dans ces interprétations fonctionnelles.
Le couplage des deux mobilités, main gauche, main droite peut en théorie être lié par un des mécanismes suivants :

  • 1. D’un côté les muscles sont innervés par les fibres directes non croisées des fibres motrices, de l’autre côté, par les fibres du faisceau pyramidal croisé
  • 2. Autre possibilité : les fibres issues du cerveau gauche prédomineraient grâce à une inhibition dans le même temps des fibres contro-latérales du cerveau droit permettant toutefois une certaine utilisation des axones qui en émanent.
    Les deux mains auraient alors une innervation centrale différente et indépendante, chacune suivant une copie d’efférence.
  • 3. Au cours de l’action ce serait le côté hémisphérique gauche (généralement préféré) qui prendrait entièrement la commande au cours du jeu instrumental, de l’innervation motrice des deux mains. Ensuite il n’y aurait qu’une seule copie d’efférence (qui comprendrait l’ensemble des incitations motrices) et qui serait la seule suivie.
C’est la troisième hypothèse qui semble l’emporter pour les auteurs modernes.
Et cela rend plus compréhensible la mise en mémoire des gestes nécessaires, ce qui permettrait la prise en charge automatique et inconsciente de la mécanique digitale des deux mains dans une limite de temps bien précise.
Sans entrer dans le détail de la formation d’un pianiste et pour compléter cette étude neurophysiologique, il convient d’attirer l’attention sur certaines spécificités liées à l’utilisation de l’instrument.
La modulation du geste est absolument nécessaire pour faire varier le son. Or l’instrument lui-même laisse peu de possibilités d’adaptation au pianiste : il est possible de citer :
  • la liaison d’une note après l’autre pour éviter la sensation de rupture liée à la conception mécanique du piano.
    Cette liaison est perceptible dans le « legato »
  • la force mise en jeu
  • la durée et le rythme.
Le piano est un instrument complexe
Il comporte un clavier : à chaque note correspond une touche qui commande la mécanique proprement dite.
La touche est une sorte de levier qui possède à son extrémité un pilote lequel est soulevé quand on appuie sur la touche.
Le pilote va lancer le marteau sur la corde qui va vibrer pour créer le son en même temps qu’un étouffoir libère la corde. Quand la touche est lâchée, l’étouffoir attire le marteau vers l’arrière qui va reprendre sa place initiale. Ce dernier mouvement survient après un certain délai, assez court, pendant lequel le son s’éteint progressivement.
C’est en provoquant une nouvelle percussion pendant ce bref instant que la note suivante ne sera pas détachée de la première et que le son ne sera pas haché.
L’attaque du marteau est donc le début de l’action et elle apparaît après le temps d’approche qui a été décrit, pendant lequel la posture du corps du pianiste et celle de ses doigts sont prédérerminés.
La force d’attaque dépend de la contraction des muscles de l’avant-bras, plus que d’une chute de la main qui aura été élevée avant la note. La frappe n’ est pas le terme le plus adapté.
Beaucoup de professeurs demandent que les doigts ne soient pas trop éloignés du clavier, afin de répondre à une dépense d’énergie adaptée et « juste ».
On conçoit qu’il y a une variété infinie dans l’interprétation d’une œuvre, ce qui nous éloigne de notre but initial de préciser les bases neuro-physiologiques.