Dissertations / Theses on the topic 'Potentiels de latéralisation motrice'

Le syndrome des mouvements en miroir congénitaux (MMC) est une maladie génétique caractérisée par l’existence de mouvements involontaires symétriques d’une main qui reproduisent à l’identique les mouvements volontaires de l’autre main. Deux structures sont impliquées dans la physiopathologie de cette maladie : le corps calleux (CC) et le faisceau corticospinal (FCS). Deux gènes ont été liés aux MMC à ce jour : DCC et RAD51. Tandis que DCC joue un rôle crucial dans le guidage des axones commissuraux, RAD51 intervient dans la réparation de l’ADN, et son rôle dans le développement du système moteur était inattendu.Chez la souris, nous avons étudié le rôle de RAD51 et DCC dans le développement du FCS et du CC, ainsi que l’implication de ces deux structures dans la latéralisation du contrôle moteur. Nous avons prouvé que DCC contrôle le guidage du FCS à la ligne médiane de façon indirecte. RAD51 intervient dans le développement du neocortex, mais son rôle précis dans le développement du système moteur demeure inconnu. Nous avons par ailleurs comparé un groupe de patients MMC à des volontaires sains afin d’étudier la latéralisation de l’activité corticale lors de la préparation motrice. L’activation et les interactions inter-hémisphériques des aires motrices sont anormales dès la préparation du mouvement chez les patients MMC. L’inhibition de l’aire motrice supplémentaire (AMS) chez les volontaires sains reproduit les défauts d’interactions inter-hémisphériques observés chez les patients. Ces résultats suggèrent que l’AMS est impliquée dans la préparation des mouvements latéralisés, potentiellement en modulant les interactions entre les deux hémisphères via le CC
Mirror movements are involuntary symmetrical movements of one side of the body that mirror voluntary movements of the other side. Congenital mirror movements (CMM) is a rare genetic disorder transmitted in autosomal dominant manner, in which mirror movements are the only clinical abnormality. Two structures are involved in the physiopathology of CMM: the corpus callosum (CC) and the corticospinal tract (CST). The two main culprit genes identified so far are DCC and RAD51. While the role of DCC in commissural axons guidance during development is well known, RAD51 is involved in DNA repair, and its link with CMM was totally unexpected. In mice, we investigated the role of RAD51 and DCC in the development of the CC and CST, as well as the role of these two structures in motor lateralization. We showed that DCC controls CST midline crossing in an indirect manner. Our work clarified the role of RAD51 in neocortex development, but how RAD51 influences motor system development remains unknown. We compared a group of CMM patients with healthy volunteers to investigate the lateralization of cortical activity during movement preparation. We showed that activation of motor/premotor areas and interhemispheric interactions during movement preparation differed between the CMM patients and healthy volunteers. Transient inhibition of the supplementary motor area (SMA) in the healthy volunteers resulted in abnormal interhemispheric interactions during movement preparation, reminiscent of the situation observed in the patients. These results suggest the SMA is involved in lateralized movements preparation, potentially by modulating interhemispheric interactions via the CC

L'estimation temporelle est une fonction prépondérante du système nerveux central qui est indispensable pour interagir avec son environnement, cependant cette notion n'est que très rarement prise en compte dans le contexte de la préparation motrice et notamment en ce qui concerne la dynamique des modulations d'activités neuronales au cours des délais imposés. Pour étudier l'influence des aspect temporels et plus particulièrement l'influence des processus d'estimation du temps dans la préparation à l'action, nous avons développé deux tâches comportementales conceptuellement différentes qui obligent les sujets à effectuer des estimations temporelles très précises, mais pour des propos différents : ''discrimination versus production de durées''. En utilisant des enregistrements "multi-électrodes" chez le singe vigile au niveau du cortex moteur primaire (MI), nous avons recueilli simultanément l'activité de plusieurs neurones et des potentiels de champs locaux (LFP). Nous avons observé des représentations contextuelles des processus d'estimations du temps, notamment des représentations liées à l'attente d'un signal, au niveau des modulations de l'activité unitaire des neurones, des synchronisations d'activités neuronales et des LFP. Enfin, nous avons étudié les interactions entre les différents niveaux d'activités dans le but de caractériser la relation entre l'activité neuronale unitaire et le LFP
Neuronal correlates of movement preparation and execution are generally studied by using tasks in which the different steps of the motor plan are triggered by stimuli. However in natural conditions, movements are rarely triggered. Time estimation processes play an important role in motor performance, but only a few studies take this fact in account. To study the influence of time estimation processes in motor cortical activity, we trained monkeys to estimate and discriminate durations in order to perform the required arm reaching movement. Movements were either self initiated or triggered by a signal. We also manipulated the probability of signal occurrence to induce signal expectancy. By using a multi-electrode device, we recorded multiple single-neuron activity and local field potentials (LFP) in primary motor cortex (MI). We found neuronal correlates of time estimation processes in motor cortical activity, such as single neuron activity, precise spike synchronizations and LFP patterns linked to signal expectancy. To better understand the relationship between spiking activity and LFPs, we also studied the correlation between the two. In general, we found that, for a given mouvement, neuronal activity is largely influenced by the temporal context of the task

Dans la vie de tous les jours, il arrive que nos actions soient perturbées par desvariations rapides des forces externes de notre environnement. Afin d'atteindre notre but, nousdevons alors réagir “vite et bien” à ces perturbations de mouvement, ce qui implique la mise enjeu à la fois de processus cognitifs et de processus sensori-moteurs. Nous nous sommesintéressés aux mécanismes corticaux (engagés notamment au niveau du cortex sensorimoteurprimaire) sous-tendant les interactions entre fonctions cognitive et sensorimotrice permettantd'adapter la réaction à la perturbation en fonction de notre intention, en nous efforçant de fairele lien entre les mécanismes impliqués au cours de la préparation et de la réalisation de laréaction. En utilisant le couplage EEG-TMS (avec enregistrement de l'EMG), nous avons menéune approche par stimulation-enregistrement, permettant d'observer simultanément lesmécanismes corticaux et corticospinaux précédant et suivant la stimulation, et ainsi de mieuxcomprendre le lien reliant l'activité cérébrale et le comportement.Dans l’étude 1, nous avons utilisé une perturbation motrice centrale, c'est-à-dire quenous avons demandé au sujet soit de résister soit d'assister un mouvement évoqué directementau niveau cortical par TMS. Ceci nous a permis de montrer que les processus cognitifs peuventinfluencer directement l'excitabilité corticale et corticospinale, avant la mise en jeu deprocessus sensorimoteurs impliqués dans l’exécution du mouvement. Lorsque le sujet s’estpréparé à résister au mouvement évoqué par TMS, l'augmentation anticipée de l'activité desréseaux intracorticaux inhibiteurs de M1 diminue l'excitabilité corticale, menant à une diminutionde l’excitabilité corticospinale, réduisant ainsi l’amplitude du mouvement évoqué par TMS.Dans les études suivantes (2, 3 et 4), nous nous sommes intéressés aux mécanismescorticaux et corticospinaux impliqués dans la préparation et la réaction rapide à uneperturbation périphérique du mouvement. Nous avons demandé au sujet soit de résister soitde se laisser-faire par une extension passive du poignet, et avons étudié les mécanismesimpliqués dans la modulation de la composante à longue latence du réflexe d'étirement (LLSR,qui débute environ 50 ms après la perturbation), en fonction de l'intention. Concernantl’excitabilité corticospinale, les résultats montrent que, lors de la préparation à uneperturbation périphérique, les phénomènes d'intégration sensori-motrice engendrés par lesafférences sensorielles dues à la perturbation sont pris en compte dans le réglage anticipé del'excitabilité corticospinale, afin que la réaction, déclenchée par les afférences sensorielles, soitadaptée à l'intention du sujet (étude 2). Au niveau cortical, une modification de l'activité desréseaux intracorticaux de M1 en fonction de l'intention précède la modulation de l'activitécorticale du cortex sensorimoteur primaire, liée à la genèse du LLSR, suggérant que desprocessus anticipateurs influencent l’activité du cortex sensorimoteur primaire afin que saréponse précoce à la perturbation soit adaptée à l'intention du sujet (étude 3). Enfin, dansl’étude 4, nous avons mis en évidence le rôle d'une aire motrice non primaire, la SMA proper,dans la modulation du réflexe d'étirement en fonction de l'intention.Ainsi, lorsque nous anticipons une perturbation motrice, des processus préparatoiresspécifiques (dépendants de notre intention), et différents de ceux impliqués avant la réalisationd’un mouvement sans variation des forces externes, sont mis en jeu dans la SMA proper et lecortex sensorimoteur primaire de manière à ce que la réaction rapide, déclenchée au niveau ducortex sensorimoteur par les afférences sensorielles induites par la perturbation, soit adaptée àl’intention du sujet
In everyday life, our actions can be perturbed by rapid variations of environmentalexternal forces. In order to achieve our goals, we have to react “well and fast” to thesemovement perturbations. This reaction implies both cognitive and sensorimotor processes. Wewere interested in the cortical mechanisms (mainly involving the primary motor cortex, M1)underlying the interaction between cognitive and sensorimotor functions that allows theadaptation of the reaction to the perturbation according to the intention. We tried to relate themechanisms implicated during the preparation with those implicated during the realization ofthe reaction. With combined EEG-TMS (with EMG recording), we used a stimulation-recordingapproach, allowing simultaneous observation of cortical and corticospinal mechanisms, bothbefore and after the stimulation. This approach helps to obtain to a better understanding of therelationship between cerebral activity and behavior.In the first experiment, we used a central motor perturbation, i.e. subjects were asked toresist or to assist a movement evoked directly at the cortical level using TMS. We showed thatcognitive processes can directly influence cortical and corticospinal excitability before anyinvolvement of the sensorimotor processes related to the movement execution. When subjectsprepared to resist the TMS-evoked movement, the anticipatory increased activity of theintracortical inhibitory networks of M1 decreased the cortical excitability, leading to adecreased corticospinal excitability and thus to a reduced TMS-evoked movement.In the following experiments (2, 3 and 4), we were interested in cortical andcorticospinal mechanisms engaged during the preparation and the reaction to a peripheralmovement perturbation. We asked subjects either to resist or to not-react (to “let-go”) to apassive wrist extension, and we studied the mechanisms underlying the modulation of the longlatency stretch reflex (LLSR, starting about 50 ms after the perturbation) according to theintention. Concerning the corticospinal excitability, the results showed that, during thepreparation of a reaction to a peripheral perturbation, the anticipatory tuning of thecorticospinal excitability takes into account sensorimotor integrative phenomenons induced bythe afferent input due to the perturbation in such a way that the reaction, triggered by theafferent inputs, is adapted to the subject’s intention (experiment 2). At the cortical level, achange of M1 intracortical network activity (before the perturbation) precedes the modulationof the primary sensorimotor cortex activity that is linked to the LLSR generation (after theperturbation). This strongly suggests that anticipatory processes preset the primarysensorimotor cortex in order to adapt its early response to the perturbation according to thesubject’s intention (experiment 3). Finally, temporary inactivation of SMA proper (induced byTMS) showed that this non-primary motor area is also implicated in the modulation of thestretch reflex according to the intention (experiment 4).In conclusion, when we expect a motor perturbation, intention-specific preparatoryprocesses are engaged in SMA proper and the primary sensorimotor cortex that are differentfrom those involved in the realization of a movement without external force variations. Thesepreparatory processes allow the early motor reaction, generated by the primary sensorimotorcortex (triggered by the afferent input induced by the perturbation) to be adapted to thesubject’s intention

Il est bien connu que les composantes endogènes des potentiels liés à l'événement (PLE) varient selon le contexte de l'apprentissage. Pour comprendre la signification des variations des PLE et leurs relations avec les processus cognitifs, nous avons étudié les effets de facteurs psychologiques sur le décours temporel du traitement de l'information. Nos résultats montrent que les consignes, la quantité d'information véhiculée par le stimulus conditionnel de stimulations auditives couplées, ainsi que l'apprentissage sensori-moteur, peuvent modifier la chronologie des processus associés à la reconnaissance et à l'évaluation du stimulus et aussi à l'organisation et à l'exécution de la réponse. Les potentiels liés à l'événement peuvent servir de marqueurs physiologiques pour l'étude du fonctionnement cérébral pendant les phases de sommeil. Dans cette perspective, nos investigations ont permis la mise en évidence du potentiel émis et de la variation contingente négative pendant l'éveil et le sommeil paradoxal, mais pas en stade IV de sommeil. L’obtention de ces deux potentiels, montre que pendant le sommeil paradoxal, la trace d'un conditionnement acquis pendant l'éveil est accessible. Les composantes endogènes des potentiels liés à l'événement peuvent aussi témoigner d'altérations psychopathologiques dans l'organisation du traitement de l'information sensorielle. Nos études chez les drépanocytaires et les trypanosomés ont permis de mettre en évidence des altérations des PLE compatibles avec une diminution des processus d'activation chez les drépanocytaires majeurs, et avec des troubles de l'attention sélective chez les trypanosomés

Dans la maladie de parkinson (mp) l'akinesie traduirait un trouble de la programmation motrice. La phase de preparation au mouvement peut-etre etudiee par 2 phenomenes electriques enregistres par l'electroencephalogramme (eeg): les potentiels de preparation motrice (ppm) et la desynchronisation des rythmes eeg liee au mouvement (dlm). L'objectif de ce travail est d'effectuer une etude princeps de la dlm chez des parkinsoniens et un enregistrement simultane de la dlm et des ppm, dont les relations restent encore actuellement discutees, afin de determiner leur interet respectif dans l'analyse de la phase de preparation au mouvement dans la mp. La dlm et les ppm ont ete analyses lors d'un mouvement autocommande de flexion du poignet (a droite et a gauche) a partir de 11 derivations de source au niveau des regions centrales, fronto-centrales et parieto-centrales. Pour la dlm 19 sujets temoins, 28 parkinsoniens traites et 30 hemiparkinsoniens de novo (recontroles a distance apres instauration de l-dopa) ont ete enregistres ; 10 temoins et 10 parkinsoniens ont beneficie d'un enregistrement simultane dlm/ppm. Dans le groupe temoin la dlm debutait 2 s avant le debut du mouvement en regard du cortex moteur primaire controlateral et devenait bilaterale au moment de son execution. Chez les parkinsoniens la latence etait reduite significativement du cote akinetique, la bilateralisation du phenomene etait plus precoce avec une diffusion au niveau fronto-central et la latence etait augmentee apres traitement. Pour les ppm aucune difference n'etait notee entre temoins et parkinsoniens (latence, amplitude, topographie). Chez le parkinsonien cette reduction de latence de la dlm traduirait un retard dans la programmation motrice, la bilateralisation plus precoce du phenomene avant le mouvement suggerant une activite compensatrice d'autres structures corticales pour augmenter le niveau d'excitabilite necessaire a la realisation du mouvement. Ce resultat confirme l'hypothese reliant l'akinesie a un trouble de la programmation motrice. Par rapport au ppm, la dlm reflete avec une meilleure discrimination spatiale et temporelle l'activite du cortex durant la phase de preparation au mouvement chez le sujet sain et le parkinsonien

La question du rôle du cortex dans la modulation des afférences somesthésiques inhérente à l'intégration sensorimotrice et au contrôle moteur reste l'objet de recherches cliniques et fondamentales. Si le cortex moteur primaire (M1) occupe un rôle central dans le contrôle du mouvement en participant activement à l'élaboration du plan moteur et à son exécution, il semble réciproquement influencé par les afférences somesthésiques générées par le mouvement. Il est probable que réciproquement il soit capable de moduler ces afférences somesthésiques. L'objectif principal de ce travail de thèse était d'apporter des arguments en faveur de cette modulation potentielle des afférences somesthésiques par le cortex moteur. Nous nous sommes, dans ce contexte, intéressés à la stimulation électrique chronique du cortex moteur (SCM) utilisée dans la prise en charge de certaines douleurs neuropathiques et dont les mécanismes de l'effet analgésique demeurent mal connus. Afin de mettre en évidence une possible neuromodulation induite par la SCM nous avons étudié son influence sur certains rythmes corticaux liés au mouvement, particulièrement la synchronisation du rythme béta suivant le mouvement (SLE β) dont la corrélation avec le traitement cortical des afférences somesthésiques liées au mouvement semble probable. La première partie du travail a consisté à conforter cette probable influence des afférences somesthésiques corticales sur la SLE β. Nous avons pour ce faire étudié les profiles de SLE β en EEG 128 voies dans une population de patients présentant, dans un contexte de douleurs neuropathiques, une déafférentation sensitive d'origine centrale ou périphérique, documentée par une altération des potentiels évoqués somesthésiques (PES). Nous avons pu constater que la déafférentation sensitive provoquait une destructuration du profile de SLE β en comparaison à une population de volontaires sains. En effet, les patients présentaient une SLE β dont la distribution spatiale était restreinte et volontiers ipsilatérale au mouvement du côté douloureux contrairement à la distribution spatiale physiologique de la SLE β volontiers bilatérale à prédominance controlatérale au mouvement. Nous avons donc conclu au terme de cette première partie que la SLE β pouvait être considérée comme un reflet des afférences somesthésiques au niveau cortical et un bon outils de l'étude de l'intégration sensori-motrice. La deuxième partie du travail à consisté à étudier les effets de la SCM sur les modifications de la SLE β en condition de déafférentation sensitive. Nous avons exploré les profiles de SLE β chez des patients éligibles à une SCM pour la prise en charge de leur douleurs neuropathiques. Ces explorations ont eu lieu avant et durant la réalisation de la SCM. Nous avons pu constater une modulation significative de la SLE β par la SCM sous la forme de la restauration d'une distribution spatiale plus physiologique. Le degré de cette neuromodulation, ainsi que l'amélioration des PES sous la forme d'une augmentation de l'amplitude des potentiels N20/P25, sont apparus corrélés à celui de l'effet analgésique de la SCM. La SCM augmenterait donc au niveau cortical les afférences somesthésiques liées au mouvement. Son effet analgésique pourrait être lié au renforcement de la voie somesthésique non nociceptive dont on connaît l'effet inhibiteur sur la voie spino-thalamique de transmission des informations nociceptives. Notre travail semble apporter des arguments en faveur d'une capacité du cortex moteur à moduler les afférences somesthésiques tout au moins en condition non physiologique de sa stimulation électrique. Ces résultats sont concordants avec des données cliniques et fondamentales antérieurement rapportées dans la littérature

Si langage et motricité étaient jusque récemment considérés comme deux systèmes indépendants, de plus en plus d'arguments suggèrent à présent que des liens fonctionnels très étroits les unissent. Le présent travail de thèse a été réalisé avec pour objectif majeur de fournir des indices comportementaux et électrophysiologiques d'un éventuel partage de substrats neuronaux entre langage et action. A travers deux études basées sur des paradigmes subtils d'amorçage, nous avons exploré les répercussions de l'atteinte de la boucle frontale motrice dans la maladie de Parkinson sur l'acces aux représentations lexico-sémantiques spécifiquement associées aux mots d'action, chez des patients bénéficiant ou non de traitement médicamenteux par L-DOPA ou d'électrodes de stimulation cérébrale profonde. Si nos résultats indiquent que le système moteur, déficitaire dans la maladie de Parkinson, ne serait pas nécessaire pour permettre l'accès au sens des mots d'action, ils fournissent néanmoins des preuves tangibles en faveur d'une contribution des aires motrices au traitement sémantique de ces mots. Ce travail souligne deux principes importants qui gouvernent l'organisation des connaissances au sein des réseaux cérébraux : les représentations sémantiques associées à des concepts abstraits d'un côté et concrets de l'autre seraient stockées et accédées de manières partiellement distinctes ; d'autre part, l'accès au sens des mots d'action serait facilité par le recrutement des régions à l'origine de la réalisation de l'acte moteur
Despite motor and linguistic systems were for a long time considered as being independent, current cognitive theories postulate that action and language are functionally linked in the brain. The present work aimed to provide new arguments about a hotly debated question: do perception and comprehension of action words depend on motor circuits? Using two types of priming paradigms, we assessed the question of whether the deficit reaching the frontal motor loop in Parkinson's Disease (PD) does affect semantic access for actions words specifically, by comparing behavioral performance and electrophysiological data in patients with PD, once deprived of L-DOPA or deep brain stimulation of subthalamic nucleus and after those treatments were re-established. Our results primary showed that motor system would not be necessary to access semantic knowledge about action words, but they provide strong arguments supporting that cortical motor regions contribute to action words processing facilitation. Overall, this work thus highlights two important principles governing the neural instantiation of semantic knowledge: first, neural support and access for semantic representations for abstract on the one hand and concrete concepts on the other hand are partly distinct; second, action and language processing share a neural integration system, at least partially, action words processing being facilitated by the recruitment of motor regions

Le contexte temporel influence profondément la façon dont nous nous comportons. De manière similaire, il donne forme à l'activité du cortex moteur (LFP et potentiels d'action), pendant la préparation motrice, mais aussi en absence de préparation d'un mouvement
The temporal context deeply shapes the motor cortical activity (spikes and LFPs), during movement preparation but also outside movement preparation

Une des caractéristiques les plus singulières de l’activité corticale est son degré élevé de variabilité. Ma thèse dedoctorat s’est focalisée sur l’étude de (i) l’irrégularité des intervalles entre potentiels d’action (PAs)successivement émis par un neurone, et (ii) la variabilité dans l’évolution temporelle de l’activité d’un ensemblede neurones. Premièrement, j’ai étudié l’irrégularité des neurones enregistrés dans le cortex moteur de singesmacaques performant une tâche d’estimation du temps et de préparation à l’action. J’ai montré que l’irrégularitén’est pas un paramètre libre de l’activité neuronale, contrairement au taux de PAs, mais est déterminée par lescontraintes structurelles des réseaux neuronaux. Deuxièmement, j’ai utilisé le modèle de Markov caché (MMC)pour analyser l’activité d’ensembles de neurones enregistrés dans plusieurs aires corticales, sensorielles etmotrices, de singes exécutant une tâche de discrimination tactile. J’ai montré que les processus sensoriels etdécisionnels sont distribués dans plusieurs aires corticales. Les résultats suggèrent que l’action et la décision surlaquelle elle est basée sont reliées par une cascade d’évènements non stationnaires et stochastiques. Finalement,j’ai utilisé le MMC pour caractériser l’activité spontanée d’un ensemble de neurones du cortex préfrontal d’unrat. Les résultats montrèrent que l’alternance entre les états UP et DOWN est un processus stochastique etdynamique. La variabilité apparaît donc aussi bien pendant l’activité spontanée que pendant le comportementactif et semble être contrainte par des facteurs structurels qui, à leur tour, contraignent le mode d’opération desréseaux neuronaux
A hallmark of cortical activity is its high degree of variability. The present work focused on (i) the variability ofintervals between spikes that single neurons emit, called spike time irregularity (STI), and (ii) the variability inthe temporal evolution of the collective neuronal activity. First, I studied the STI of macaque motor corticalneurons during time estimation and movement preparation. I found that although the firing rate of the neuronstransmitted information about these processes, the STI of a neuron is not flexible and is determined by thebalance of excitatory and inhibitory inputs. These results were obtained by means of an irregularity measure thatI compared to other existing measures. Second, I analyzed the neuronal ensemble activity of severalsomatosensory and motor cortical areas of macaques during tactile discrimination. I showed that ensembleactivity can be effectively described by the Hidden Markov Model (HMM). Both sensory and decision-makingprocesses were distributed across many areas. Moreover, I showed that decision-related changes in neuronalactivity rely on a noise-driven mechanism and that the maintenance of the decision relies on transient dynamics,subtending the conversion of a decision into an action. Third, I characterized the statistics of spontaneous UP andDOWN states in the prefrontal cortex of a rat, using the HMM. I showed that state alternation is stochastic andthe activity during UP states is dynamic. Hence, variability is prominent both during active behavior andspontaneous activity and is determined by structural factors, thus rending it inherent to cortical organization andshaping the function of neural networks

Les informations sensorielles peuvent être atténuées de la périphérie jusqu'au cortex durant le mouvement. Notre hypothèse est que l'information somatosensorielle serait facilitée durant la planification du pas où il serait inopportun de supprimer ces informations cruciales. Nous avons enregistré les potentiels somatosensoriels (SEPs) évoqués par vibration bilatérale des muscles des chevilles afin de stimuler la proprioception.Les résultats montrent que la composante évoquée corticale précoce restait inchangée mais une composante tardive négative était significativement augmentée durant la planification du pas.Pour tester si cette facilitation proprioceptive était due aux contraintes d'équilibre, la même expérience fut effectuée en microgravité où cette facilitation disparut, malgré la restauration d'un cadre de référence spatial.Cette facilitation tardive survint pendant l'imagerie motrice kinesthésique d'un pas planifié, démontrant que l'imagerie mentale intègrerait les contraintes d'équilibre et posturales requises pour la tâche, ceci étant confirmé par la disparition de cette facilitation lors de la planification du pas imaginé en microgravité.Ceci démontre au niveau neurophysiologique, une modulation de la transmission des afférences sensorielles selon leur pertinence pour planifier un mouvement. Cette facilitation résulterait de mécanismes prédictifs reliés à l'importance de contrôler l'équilibre du corps avant l'initiation du pas, car ce processus survint durant la planification d'un pas exécuté ou imaginé. Il serait basé sur un modèle interne de l'action impliquant des lois physiques du mouvement (1-g modèle) car cette facilitation fut supprimée en microgravité
Sensory inputs can be attenuated from the periphery to the cortex during voluntary movements. Our hypothesis is that the somatosensory information could be facilitated during the planning of a step. It would appear dysfunctional to suppress somatosensory information, which is considered to be of the utmost importance for gait planning. We recorded somatosensory potentials (SEPs) evoked by bilateral ankle vibration to stimulate proprioception. Results showed that cortical early evoked component remained unchanged but a negative late component was significantly increased during step planning. To determine whether this facilitation of proprioceptive inputs was related to gravitational equilibrium constraints, we performed the same experiment in microgravity. In the absence of equilibrium constraints, both components did not significantly differ between the static and stepping conditions, despite the restoration of a body in space reference frame.This late facilitation occurred during kinesthetic motor imagery of a planned step, suggesting that mental imagery would integrate postura and balance constraints required for the task, as it was confirmed byt the lack of this facilitation during the planning of an imagined step in microgravity.These observations provide neurophysiological evidence that the brain exerts a dynamic control over the transmission of the afferent signal according to their current relevance during movement preparation.These processes should be based on internal model of action involving the physical laws of motion (1g-model) as this sensory facilitation was suppressed in microgravity when planning motor imagery

Les sensations en provenance de notre corps se combinent pour donner lieu à des perceptions extrêmement variées, pouvant aller de la brûlure douloureuse au toucher agréable. Ces deux types d'informations dites nociceptives et non nociceptive sont traitées au sein du système nerveux somatosensoriel. Dans ce travail de thèse, nous avons modélisé et caractérisé l'activité électrique du cortex operculo-insulaire au sein des réseaux somatosensoriels non-douloureux et nociceptif, grâce à des enregistrements non-invasifs chez l'Homme. La validité du modèle en réponse à un stimulus nociceptif a été évaluée par comparaison avec des enregistrements intra-corticaux réalisés chez des patients épileptiques. Nous avons ensuite utilisé ce modèle pour déterminer si la stimulation corticale non invasive classiquement utilisée pour soulager les douleurs neuropathiques (stimulation magnétique du cortex moteur) permettait de modifier les réponses nociceptives chez des participants sains. Nous avons montré que cette intervention n'est pas plus efficace qu'une stimulation factice (placebo) sur le plan du blocage nociceptif. Finalement, nous avons tenté de stimuler directement le cortex operculo-insulaire, par trois méthodes différentes : par stimulation électrique locale, intracrânienne et par stimulations non-invasives magnétique (rTMS) et électrique (tDCS). Dans l'ensemble, les travaux présentés ici montrent comment une approche non-invasive chez l'Homme permet de caractériser et de moduler l'activité du cortex operculo-insulaire, qui pourrait être une cible intéressante pour le traitement des douleurs réfractaires
The somatosensory system participates in both non-nociceptive and nociceptive information Processing. In this thesis work, we model and characterize the electrical activity of the operculo-insular cortex within non-painful and nociceptive networks, using non-invasive electrophysiological recordings in humans. Validity of the modeled response to a nociceptive stimulus was evaluated by comparing it to intra-cranial recordings in epileptic patients, revealing excellent concordance. We went on to use this model to determine whether a technique of non-invasive cortical stimulation currently used to relieve neuropathic pain (motor cortex magnetic stimulation) was able to modulate acute nociceptive processing in healthy participants. We show that this intervention is not more efficacious than placebo stimulation in blocking nociception. This raises questions regarding the mechanisms of action of this technique in patients, which might implicate a modulation of pain perception at a higher level of processing. Finally, we attempted to stimulate the operculo-insular cortex directly, using three different methods. Low-frequency intra-cortical stimulation in epileptic, transcranial magnetic stimulation (TMS) of the same region in healthy participants and multipolar transcranial electrical stimulation (tDCS).Altogether, the studies presented here show how a non-invasive approach in humans allows characterising and modulating the activity of the operculo-insular cortex. While this region might be an interesting target for future treatment of drug-resistant pain, its stimulation in patients would require further investigation of parameters and procedures

Les troubles des tics, comme le syndrome de Gilles de la Tourette et le trouble de tics chroniques, sont des conditions neuropsychiatriques impliquant des tics moteurs et/ou phoniques. En plus de nombreuses comorbidités, les patients qui en sont atteints ont aussi des difficultés neuropsychologiques, notamment au niveau de l’inhibition et des fonctions motrices. La thérapie cognitivo-comportementale permet d’améliorer les tics et la condition générale de ces patients. Nous avons donc enregistré, durant une tâche de compatibilité stimulus-réponse, les potentiels évoqués cognitifs et les potentiels de latéralisation motrice (lateralized readiness potential; LRP) chez 20 patients atteints de trouble des tic avant et après une thérapie cognitivo-comportementale, et chez 20 participants contrôles. Chez les patients atteints de trouble des tics, nos résultats ont révélé une apparition plus tardive de l’amorce du LRP moyenné par rapport au stimulus, une amplitude plus élevée du LRP moyenné par rapport à la réponse, et une suractivation frontale liée aux processus d’inhibition. Suite à la thérapie, le retard au niveau de la latence de l’amorce du LRP moyenné par rapport à la réponse est comblé et l’amplitude du LRP moyenné par rapport à la réponse est normalisée, mais pas la suractivation frontale liée à l’inhibition. Cela suggère donc que la thérapie induit une modification des processus prémoteurs de sélection et de préparation de la réponse, ainsi que des processus d’exécution motrice, mais n’altère pas la suractivation frontale reliée aux fonctions inhibitrices. Étant donnés ces résultats, nous suggérons que la thérapie cognitivo-comportementale induit une modification du fonctionnement des aires motrices du cerveau.
Gilles de la Tourette syndrome and chronic tic disorder are two neuropsychiatric condition involving motor and/or phonic tics. In the DSM, these two conditions are characterized as “tic disorders”. Patients with such diagnoses face numerous comorbidities, and also show multiple neuropsychological impairments, especially concerning inhibition and motor processing. Tic symptoms, as well as general condition, can be improved with a cognitive-behavioural therapy (CBT). To this end, we recorded, during a stimulus-response compatibility task, event-related potentials and lateralized readiness potentials in 20 patients with tic disorder and 20 healthy controls. Patients and controls were paired on age, sex and hand dominance. Our result revealed a delay in stimulus-locked lateralized readiness potential (LRP) onset latency, higher response-locked LRP peak amplitude and a frontal overactivation related to stimulus inhibition in GTS and CTD patients. Following CBT, stimulus-locked LRP onset latency and response-locked LRP peak amplitude were normalized, but the frontal overactivation related to inhibition processing remained unchanged. These results suggest that CBT induces a modification of pre-motor processes such as response selection and preparation, as well as motor processes like response execution, but does not affect cortical activation related to stimulus inhibition. Since we found a reduction in tic symptoms, as well as a normalization of stimulus-locked LRP onset latency and response-locked LRP peak amplitude, and because LRPs are partly generated by the supplementary motor area, we suggest that CBT leads to a modification of this structure’s functioning.

Il apparaît, suite aux résultats de plusieurs études comportementales et d’imagerie cérébrale, que les hormones gonadiques peuvent moduler le fonctionnement cérébral chez la femme. Les asymétries cérébrales fonctionnelles (ACFs), en particulier, changeraient en fonction du niveau de progestérone et d’œstrogène. On a également observé que lorsque le taux d’œstrogène est bas, les performances aux tâches impliquant l’hémisphère droit sont améliorées. Par contre, les preuves de l’action physiologique de ces deux hormones sur le cerveau ne sont pas très nombreuses. Le peu d’études d’électrophysiologie cognitive qui ont porté sur les effets du cycle menstruel ont rapporté que la composante P300 y serait sensible. Aucune n’a cependant utilisé une tâche d’habileté spatiale ou de rotation mentale qui sont connues pour impliquer davantage l’hémisphère droit. Le but de la présente étude est de documenter les changements électrocorticaux reliés aux variations hormonales lors d’une tâche de rotation mentale. Notre hypothèse de départ est que le taux d’œstrogène influencera l’activité électrocorticale et la latéralisation. Les potentiels évoqués cognitifs ont été comparés chez les mêmes femmes (n=12) lors d’une tâche de rotation mentale, répétée à deux périodes du cycle menstruel. Nos résultats démontrent que la condition de rotation induit une latéralisation de l’activité pariétale, vers l’hémisphère gauche, quand le niveau d’œstrogène est bas. Par contre, lorsque le niveau d’œstrogène est élevé, il n’y a aucune latéralisation. Par ailleurs, nous avons observé une augmentation de l’amplitude de la P300 lors du niveau oestrogénique élevé. En conclusion, les fluctuations oestrogéniques du cycle menstruel ont un impact sur la latéralisation de l’activité électrocorticale, lors d’un effort de rotation mentale.
After many behavioral and some neuroimaging studies, it appears that the gonadic hormones can modulate the neuronal function of women's brain. In particular, the functional cerebral asymmetries can be affected by the level of progesterone and estrogens. It has been observed that when the level of estrogen is low, the performance at task that engages more the right hemisphere is enhanced. However, there is a lack of evidence for the physiological actions of these two hormones on the brain. The few event-related potential studies taking into account the menstrual cycle effects, had noticed that the component P300 can be affected. No electrophysiological study has used a mental rotation task or spatial ability tests which are known for their right hemisphere dominance. The aim of the present research is to document the effect of hormonal variations on the electrocortical activity, using a mental rotation task. Our hypothesis is that estrogen levels affect electrocortical activity and lateralization. The ERPs were compared in the same women (n = 12) during a mental rotation task, repeated over two periods of the menstrual cycle. Our results show a lateralization of the left parietal activity when estrogen levels are low and during the rotation. Whereas when the estrogen level is high, there is no lateralization. In addition, we observed an increase in the amplitude of P300 for this same high level. In conclusion, estrogens fluctuations associated with the menstrual cycle have an impact on the lateralization of electrocortical activity, when a mental rotation is needed.