Le fils (17 ans) et la mère (52 ans) ont six doigts à chaque main. Ils présentent ce que les spécialistes appellent une polydactylie. Ils ont un doigt supplémentaire, complètement développé, situé entre le pouce et l’index. Une équipe de chercheurs internationaux a examiné les conséquences de cette anomalie sur les capacités de manipulation de ces deux personnes. Ce type d’étude n’avait jamais été mené à ce jour.

Des chercheurs internationaux se sont posé de nombreuses questions, en termes de neuromécanique et de fonctionnalité, concernant cette polydactylie. Ainsi, les mouvements du doigt surnuméraire dépendent-ils des muscles des autres doigts ou sont-ils sous le contrôle de muscles et de nerfs dédiés ? Ce doigt supplémentaire est-il indépendant des autres ? Quand il bouge, cela implique-t-il que les autres doigts bougent également ? Dans la mesure où les mouvements manuels requièrent la participation d’une vaste zone du cortex sensitif et moteur, qu’en est-il lorsqu’une personne possède un sixième doigt à chaque main ? En d’autres termes, le cerveau peut-il commander une telle main, dotée de degrés supplémentaires de liberté ? Ces doigts surnuméraires sont-ils fonctionnels ? Offrent-ils un avantage pour les capacités de manipulation ?

Les résultats de cette étude, publiée le 3 juin 2019 dans la revue en ligne Nature Communications, révèlent que des muscles, des nerfs et des ressources cérébrales dédiées sous-tendent l’augmentation des capacités de manipulation de ces sujets polydactyles. Ce travail a été dirigé par des chercheurs de l’université de Fribourg-en-Brisgau (Allemagne), de l’hôpital universitaire de Lausanne (Suisse), de l’Imperial College of Science, Technology and Medicine de Londres (Royaume-Uni), en collaboration avec des spécialistes italiens, israéliens et singapouriens, en anatomie, physiologie, microchirurgie, imagerie médicale, neurosciences, bioingénierie et robotique.

Des muscles et des nerfs indépendants

Il apparaît que la main polydactyle est contrôlée par un plus grand nombre de muscles et nerfs qu’une main normale et que le doigt surnuméraire possède trois phalanges.



Sur le plan biomécanique, la force maximale exercée par le doigt supplémentaire est similaire à celle des autres doigts. Par ailleurs, celui-ci est indépendant des autres doigts, avec seulement une faible dépendance avec le pouce. Les autres doigts montrent une interdépendance normale entre eux. La capacité à mouvoir le doigt supplémentaire indépendamment des autres est notamment illustrée par le fait que ces deux sujets parviennent à exécuter des mouvements de pince entre leur sixième doigt et tous les autres.

Une zone corticale dédiée

Les chercheurs ont également étudié en imagerie par résonance magnétique (IRM) l’organisation fonctionnelle du cortex moteur du jeune homme polydactyle. Les résultats montrent que la représentation du doigt surnuméraire au sein du cortex sensorimoteur primaire (impliqué dans la réalisation d’un mouvement volontaire) est distincte de celles des autres doigts. En d’autres termes, l’aire corticale allouée à la motricité du sixième doigt occupe une place à part de celles réservées aux autres doigts. Des ressources neuronales différentes sont donc utilisées par le cerveau de cet homme pour contrôler les mouvements du doigt surnuméraire.

Ces travaux montrent ainsi pour la première fois que le système nerveux humain est capable de développer, assimiler et contrôler des multiples degrés de liberté supplémentaires et de les intégrer dans des mouvements coordonnés, sans que cela ne génère un déficit moteur ou ne provoque des conflits au niveau sensorimoteur ou des représentations mentales.

Une représentation mentale correcte

Les chercheurs ont également étudié la représentation mentale de mains en demandant à ces personnes d’indiquer sur une grille où se trouvaient leurs doigts en utilisant les doigts de la main opposée. Il ressort que l’emplacement perçu du sixième doigt correspond à son anatomie et que ces sujets le perçoivent comme effectivement placé entre le pouce et l’index.

Des capacités de manipulation augmentées

Les capacités motrices de ces deux personnes ont été évaluées lors de tâches consistant à manipuler librement de multiples objets de taille très différente. Les résultats indiquent que la mobilité et la dépendance du doigt surnuméraire ne sont pas entravées lors des manipulations. De fait, les mouvements des six doigts sont associés à un plus grand nombre de degrés de liberté efficaces que des mains normales. La plupart du temps, le sixième doigt bouge en coordination à la fois le pouce et l’index, plutôt que tout seul ou de concert avec le pouce ou l’index.

Les chercheurs soulignent que l’indépendance du doigt supplémentaire ne consiste donc pas seulement à remplacer le pouce ou l’index, mais se traduit concrètement par le fait que ce sixième doigt permet d’exécuter des mouvements uniques de la main impliquant les trois doigts en même temps (pouce, 6e doigt, index). Tout cela sans que la rapidité d’exécution ne soit affectée. En effet, les mouvements se produisent à une vitesse comparable à celle d’une main à cinq doigts. Au total, il apparaît donc que les mouvements des mains de ces sujets polydactyles sont plus complexes que ceux effectués par des mains normales.

Cette étude indique donc que la présence d’un doigt supplémentaire, pleinement fonctionnel, a permis à ces sujets d’une même famille d’acquérir d’incroyables capacités de manipulation pouvant se révéler fort utiles. Les expériences montrent que ces personnes n’ont pas de difficulté à contrôler le doigt surnuméraire indépendamment ou non des autres doigts et sans que cela implique un déficit de mouvements pour la main. Bien au contraire, leur sixième doigt, de concert avec les autres, leur permet de réaliser des manipulations plus complexes que celles pouvant être exécutées par des personnes ayant des mains normales, et ce à une vitesse comparable.

Jeu vidéo pour six doigts

De fait, les chercheurs ont conçu des taches impossibles à réaliser pour une personne ne possédant que cinq doigts. Ils ont ainsi développé un jeu vidéo nécessitant une coordination très rapide des mouvements des doigts. Le jeu figure six boîtes qui montent et descendent à un rythme variable sur un écran d’ordinateur. Chaque fois qu’une boîte atteint une zone cible située en bas de l’écran, le sujet doit presser une touche avec le doigt correspondant. Au fur et à mesure du jeu, le degré de difficulté augmente, les boîtes se déplaçant plus rapidement. Le jeu impose alors d’effectuer des mouvements des doigts de plus en plus précis. Les résultats montrent que les sujets sont parvenus avec les six doigts d’une main au même niveau de performance que celui qui aurait été atteint avec deux mains normales. Ces personnes présentent donc indéniablement une augmentation de leurs capacités de manipulation par rapport à des personnes ayant des mains normales.



Mains robotiques intelligentes

Selon les auteurs, les étonnantes capacités de manipulation de ces personnes nées avec un doigt supplémentaire bien développé semblent indiquer qu’il conviendrait d’évaluer complètement la fonctionnalité du doigt surnuméraire avant de décider de l’amputer.



De fait, la possibilité de disposer d’un doigt artificiel supplémentaire à chaque main est étudiée depuis plusieurs années par des roboticiens. Les données obtenues par cette étude pourraient permettre aux spécialistes en bioingénierie de développer des mains robotiques polydactyles. Les auteurs soulignent néanmoins qu’il reste à savoir comment contrôler en temps réel et intégrer plusieurs degrés de liberté supplémentaires pour disposer à l’avenir de capacités de manipulation augmentées. Des travaux qui nécessiteront assurément beaucoup d’intelligence et de doigté.

Marc Gozlan (Suivez-moi sur Twitter, sur Facebook)

Pour en savoir plus :

Mehring C, Akselrod M, Bashford L, Mace M, Choi H, Blüher M, Buschhoff AS, Pistohl T, Salomon R, Cheah A, Blanke O, Serino A, Burdet E. Augmented manipulation ability in humans with six-fingered hands. Nat Commun. 2019 Jun 3;10(1):2401. doi: 10.1038/s41467-019-10306-w

