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    Toucher

    Le toucher ne sert pas seulement à percevoir les contacts de toutes sortes, qu'ils soient agréables ou désagréables. Il nous permet aussi d'identifier les objets qui nous entourent, et se révèle vital dans bien des situations.

    Qu'est-ce que le toucher ?

    Le sens qui permet aux êtres vivants de percevoir les frottements, pressions, et autres déformations qui s'exercent sur l'enveloppe corporelle. Il contribue à informer le corps de son état dans un contexte donné, ce qui en fait l'un des quatre composants du système somatosensoriel ou « somesthésique ». Les trois autres sont le système de perception de la température, le système de perception de la douleur, et le système proprioceptif (qui fournit des informations sur les postures et les mouvements grâce à des récepteurs situés dans les muscles, les articulations et les tendons).

    Le toucher est omniprésent dans le règne vivant. Même les organismes unicellulaires - les paramécies par exemple - réagissent à un contact physique, par l'ouverture de canaux membranaires laissant passer des ions. Les animaux pluricellulaires, eux, disposent de structures tactiles plus ou moins complexes, les mécanorécepteurs, capables de transformer un signal mécanique en signal nerveux. Ces structures tactiles sont souvent plus nombreuses dans certaines zones que dans d'autres - par exemple au niveau des antennes chez les insectes ou des mains chez l'homme. Il s'agit de zones souvent situées au niveau d'organes capables de mouvements d'exploration de l'environnement, ce qui accroît le champ perceptif accessible au toucher. Lorsqu'il est mis en oeuvre lors d'une telle démarche exploratoire, le toucher est qualifié de toucher « actif », ou encore de perception « haptique ». On parle en revanche de toucher « passif » lorsque l'on est touché par quelqu'un ou quelque chose et que la partie du corps qui ressent ce contact est immobile.

    Le toucher est-il vital ?

    Il joue un rôle prépondérant dans le guidage, l'orientation et la détection des obstacles. Chez certains animaux, c'est même le seul sens permettant de s'orienter dans l'espace. C'est vrai chez les vers annélides ou les escargots, mais aussi chez certains vertébrés : pour s'orienter, les poissons dépendent totalement de leur « ligne latérale », structure tactile située au milieu de chaque côté, allant de la tête à la queue, et qui leur permet de percevoir la direction et la vitesse des courants.

    Par ailleurs, la perception tactile intervient dans différents comportements. Des comportements défensifs, comme la libération de substances venimeuses ou les réflexes de rétractation (une coquille Saint-Jacques se referme si on pince son manteau). Mais aussi des comportements de prédation : les araignées tisseuses perçoivent les vibrations de leur toile lorsqu'une proie y est prise au piège, tandis que les scorpions du désert localisent leurs victimes grâce aux vibrations qu'elles engendrent en se déplaçant.

    Enfin, le toucher joue un rôle essentiel dans les soins aux petits. Chez le rat, divers travaux ont mis en évidence l'importance du toilettage et du léchage maternel sur sa progéniture : plus les petits sont léchés après leur naissance, et moins le taux d'une hormone de stress comme la corticostérone est élevé. Concernant les primates, les expériences du psychologue américain Harry Harlow ont montré, dès la fin des années 1950, l'importance du contact physique entre la mère et son petit dans le développement du singe rhésus. Et l'on sait également l'importance du toucher dans le développement psychologique des enfants : privés de contacts affectifs physiques, ils peuvent plonger dans un état dépressif, comme en témoignent les tristement célèbres orphelinats de l'ère Ceaucescu, en Roumanie.

    Comment la peau réagit-elle au contact ?

    Par l'intermédiaire de récepteurs spécialisés, les mécanorécepteurs, qui renferment une ou plusieurs cellules neurosensorielles. Lorsque celles-ci subissent une déformation (ce qui est le cas suite à un contact), cela déclenche l'ouverture de canaux insérés dans leur membrane - les canaux dits « mécano-sensibles ». Leur ouverture permet à certains ions d'entrer et à d'autres de sortir, ce qui aboutit in fine à la naissance d'un influx nerveux.

    Chez les méduses, les vers plats, les annélides ou encore les mollusques, les mécanorécepteurs sont de simples cellules neurosensorielles ciliées, insérées entre les cellules du tégument (on ne parle pas de peau chez les invertébrés). Chez les crustacés et les insectes, revêtus d'une carapace rigide, le mécanorécepteur est une soie innervée : la cellule neurosensorielle est enveloppée par une cellule dite trichogène qui synthétise un fin prolongement de cuticule flexible.

    Les mammifères, quant à eux, possèdent plusieurs types de mécanorécepteurs situés dans le derme ou l'épiderme. Quatre de ces mécanorécepteurs sont constitués d'une capsule renfermant une ou plusieurs terminaisons nerveuses. Deux d'entre eux réagissent dès que la peau est stimulée, puis s'arrêtent rapidement même si la stimulation continue : on les dit à adaptation rapide. Il s'agit des corpuscules de Meissner, découverts par l'Allemand Georg Meissner en 1852 et des corpuscules de Pacini, décrits par l'Italien Filipo Pacini en 1840. Les premiers sont particulièrement sensibles au glissement d'objets sur la peau, tandis que les seconds détectent le début et la fin d'une pression. Les deux autres types de mécanorécepteurs encapsulés répondent, eux, tant que la peau est stimulée : ils sont dits à « adaptation lente ». Ce sont les disques de Merkel, qui nous renseignent sur la forme et la texture des objets touchés, et les corpuscules de Ruffini, dont le rôle reste encore assez mal connu (alors qu'ils représentent environ 20 % des récepteurs de la main chez l'homme). Par ailleurs, la peau des mammifères renferme aussi des terminaisons nerveuses libres et épaisses autour des follicules pileux, qui sont sensibles au mouvement des poils. Certains de ces poils constituent un système d'information sensoriel majeur - les vibrisses des moustaches du rat lui sont indispensables pour explorer son environnement immédiat.

    Pourquoi est-on plus sensible dans certaines zones ?

    D'abord parce que la densité des différents types de récepteurs tactiles n'est pas la même partout. Par exemple, les disques de Merkel et les corpuscules de Meissner sont tous deux abondants à l'extrémité des doigts, mais les premiers le sont aussi sur les lèvres et sur les organes génitaux externes, tandis que les seconds, eux, se trouvent ensuite de préférence sur la paume des mains et la plante des pieds. Ensuite, parce que la surface de détection d'un stimulus par un mécanorécepteur donné varie selon les régions du corps : ce champ récepteur a un diamètre de 1 à 2 millimètres au bout des doigts, de 5 à 10 millimètres sur la paume de la main et beaucoup plus sur le bras. Or plus un champ récepteur est petit, meilleure est la discrimination tactile. Pour percevoir distinctement les deux pointes d'un compas, il suffit ainsi d'un écart de 2 à 4 millimètres au bout des doigts, quand 10 sont nécessaires dans la paume de la main et 45 sur les bras ! En général, cette discrimination tactile est inversement proportionnelle à celle de la douleur : elle est par exemple modeste autour de la colonne vertébrale, alors que la détection des stimuli de température ou de douleur y est efficace. Par ailleurs, la capacité de discrimination tactile diminue avec l'âge : le déclin se manifeste à partir de 65 ans, et se manifeste d'abord aux extrémités inférieures (orteils, plante des pieds, etc.).

    Comment les informations tactiles parviennent-elles au cerveau ?

    Les signaux nerveux créés au niveau des mécanorécepteurs se propagent le long de certains axones constituant les nerfs périphériques (ces axones sont distincts de ceux qui véhiculent les sensations douloureuses ou thermiques). Une fois parvenus aux ganglions nerveux situés le long de la moelle épinière, ces signaux poursuivent leur chemin dans la moelle épinière jusqu'à la base de la tête, à la jonction entre la moelle et le bulbe. Là, ils sont transmis à d'autres neurones qui passent de l'autre côté du bulbe. À partir de ce moment, les signaux provenant d'un côté du corps sont gérés par le côté opposé du système nerveux. Ils sont ensuite véhiculés jusqu'au thalamus, où ils sont pris en charge par d'autres neurones qui rejoignent une zone particulière du cortex cérébral : le cortex somatosensoriel primaire. C'est là que ces signaux sont « interprétés ».

    À chaque point du cortex somatosensoriel correspond une partie bien précise du corps. Comme l'ont remarqué le Canadien Wilder Penfield et l'Américain Theodore Rasmussen dès les années 1950, les différentes parties du corps ne sont pas représentées suivant leurs proportions véritables dans cet homunculus (« petit homme » en latin) : la bouche, la langue et les mains occupent une place très importante. Il en va de même chez l'animal, pour d'autres régions du corps. Les vibrisses sont surreprésentées dans le cortex somatosensoriel du rat, les pattes dans celui du raton laveur, etc.

    Pourquoi ne peut-on se chatouiller seul ?

    Parce que, à l'inverse de ce qui se passe lorsque nous sommes chatouillés par quelqu'un d'autre, notre propre cerveau génère alors des commandes motrices, en l'occurrence celles du mouvement de chatouille des doigts. Or selon une hypothèse proposée en 1950, quand ces commandes motrices se propagent du cortex moteur jusqu'au bout des doigts, des « copies » de ces commandes sont envoyées vers le cortex somatosensoriel. On appelle ces copies des « décharges corollaires ». Résultat : le cerveau anticipe les conséquences sensorielles des mouvements des doigts et ne réagit pas ou peu au chatouillement.

    Peut-on affiner son sens tactile ?

    Grâce à l'imagerie cérébrale, on sait que les représentations corticales de zones données ne sont pas figées. C'est par exemple le cas chez les violonistes, où les zones du cortex somatosensoriel recevant les informations des doigts de la main gauche (les plus actifs) sont bien plus développées que les zones recevant les informations provenant des doigts de la main droite, et plus développées également que chez les non-violonistes. La représentation corticale de la main est également plus importante chez les aveugles qui lisent le braille. Cela va de pair avec une meilleure discrimination tactile, qui s'améliore avec l'entraînement. Mais ces améliorations concernent seulement le comportement soumis à entraînement (comme la lecture du braille), et non le toucher en général.

    Inversement, il arrive que des sensations tactiles perdurent alors que ce ne devrait logiquement pas être le cas. C'est parfois le cas chez les amputés, qui sentent leur « membre fantôme ». Ces sensations proviennent de la zone corticale initialement activée par les informations sensorielles du membre disparu : elle se met en effet à recevoir les informations sensorielles traitées par la zone voisine. Ainsi, un amputé du bras peut-il sentir son membre absent quand on lui touche le visage.

    Le toucher peut-il remplacer la vision ?

    Plus ou moins. Certes, le code de communication tactile inventé par Louis Braille au début du XIXe siècle permet aux aveugles de lire un texte, mais moins vite qu'avec les yeux (100 mots par minute, contre 250 à 300 avec les yeux). Depuis, d'autres dispositifs de substitution à la vision ont été testés. La plupart s'inspirent des travaux de l'Américain Paul Bach y Rita, pour qui la vision était d'abord l'affaire du cerveau. Dans les années 1960, il a mis au point le premier système de substitution sensorielle.Il s'agissait d'un appareil doté de larges matrices d'électrodes qui, appliquées sur la peau du dos, convertissaient en sensations tactiles les images captées par une caméra vidéo. Plusieurs améliorations techniques ont été apportées à son dispositif (miniaturisation, meilleure définition de l'image, etc.) et conduit à une version qui fait ses preuves depuis peu : équipés d'un appareil stimulant la langue plutôt que la peau, des aveugles de naissance se montrent capables, après un entraînement intensif, d'accomplir différentes tâches de reconnaissance visuelle (reconnaissance de formes, d'orientation de lignes, de visages).Les chercheurs ont alors constaté que la substitution sensorielle activait chez eux le cortex visuel, tout comme la lecture d'un texte en braille. Mais ils s'accordent pour dire que ce système ne peut pas remplacer la vision : il est notamment incapable de conférer une « matière » (couleur, émotion) à la perception. D'où le terme d'addition sensorielle, que lui préfèrent certains.

    La sensibilité cutanée peut-elle disparaître ?

    La perte de sensibilité cutanée peut provenir de lésions de la peau, par exemple des brûlures : les déficits sensoriels sont alors proportionnels à l'étendue, à la profondeur et à la localisation des lésions. Tant que les récepteurs restent fonctionnels, la sensibilité peut être en partie restaurée grâce à des phénomènes de repousse des axones. Mais si les récepteurs sont touchés, les espoirs de récupération sont faibles, même après une greffe de peau. Une perte de sensibilité cutanée peut également résulter de maladies immunologiques, métaboliques ou infectieuses - comme la sclérose en plaques, le diabète, ou l'herpès. Elle découle alors d'une atteinte des nerfs sensoriels. Autre étiologie possible : des compressions de nerfs, telles que le syndrome du tunnel carpien, la maladie de Morton ou la hernie discale. Ces déficits de sensibilité s'accompagnent très souvent de douleurs. Inversement, la très grande majorité des patients qui consultent pour des douleurs chroniques et inexpliquées présentent des déficits très localisés de leur sensibilité cutanée. Les chercheurs l'expliquent notamment par la théorie du « portillon » (« gate control »), selon laquelle la douleur résulte d'un déséquilibre dans la densité relative des messages entre les différentes fibres nerveuses : il passe davantage de messages le long des fibres de la douleur lorsqu'il y en a moins le long des fibres du tact. D'où l'idée, pour diminuer les douleurs, de stimuler les champs récepteurs de la peau qui ne réagissent plus au toucher afin de favoriser la repousse d'axones tactiles. Enfin, la perte du toucher peut faire suite à des lésions cérébrales. Dans ce cas, c'est l'interprétation des messages sensoriels qui est en cause. Ainsi un patient atteint d'astéréognosie ne peut pas reconnaître un objet en le palpant.

    Peut-on doter des robots d'un sens du toucher ?

    Oui, dans une certaine mesure. Mais, pour l'heure, ce sens tactile est loin d'être aussi performant que celui de l'homme, car il ne s'inspire que du toucher passif. Généralement, l'idée est d'imiter la réaction de nos récepteurs à la pression. À l'université de Tokyo, des chercheurs ont créé une peau artificielle assez flexible pour s'adapter sur les doigts d'un robot. Constituée d'une feuille de caoutchouc imprégnée d'un matériau conducteur, elle contient également un réseau de transistors : suite à une légère pression, la résistance électrique de la feuille change, et les transistors qui détectent le changement passent le message à l'ordinateur auquel ils sont reliés. Toujours à Tokyo, une autre équipe a conçu un gel transparent et déformable qui, couplé à une caméra CCD, peut mesurer la distribution, l'amplitude, et la direction des forces qui lui sont appliquées. L'objectif est maintenant de pouvoir appliquer ce gel sur une main de robot. Autre technique, développée cette fois par des chercheurs de l'université du Nebraska, aux États-Unis : un capteur fait d'un film électroluminescent s'illumine sous la pression, et une caméra transmet l'image produite à un ordinateur qui peut réagir rapidement pour ajuster les mouvements du robot doté du capteur. Mais pour l'heure, toutes ces tentatives restent encore du domaine de la recherche.

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