La stimulation associative-pairée (PAS) est utilisée pour induire de manière non invasive des changements plastiques dans le cortex moteur primaire (M1). Les paradigmes de PAS classiques impliquent la combinaison d'une stimulation électrique sur un nerf périphérique et d'une stimulation magnétique transcrânienne (TMS) du M1. La PAS permet d'augmenter ou de réduire l'excitabilité de M1 selon l'intervalle de temps entre les deux stimuli et présente un intérêt pour la neuroréhabilitation. Toutefois, la stimulation électrique périphérique peut être inconfortable pour certaines personnes. Ainsi, nous proposons un nouveau paradigme de PAS excitateur non invasif et indolore qui consiste en la répétition à basse fréquence d'une stimulation magnétique périphérique simple sur le nerf médian suivie 25 ms plus tard d'une TMS du M1 controlatéral. Ce projet visait à tester et comparer, chez des sujets sains, l'influence de ce nouveau paradigme de PAS (PAS25-magnétique) à un paradigme de PAS classique (PAS25) sur M1 et l'excitabilité corticospinale, l'excitabilité des motoneurones spinaux, ainsi que la fonction manuelle. Nos résultats ont révélé une augmentation significative de l'excitabilité corticospinale en temps réel durant la PAS25-magnétique et la PAS25. De plus, nous avons observé une augmentation plus forte et soutenue de l'excitabilité corticospinale ainsi qu'une diminution importante de l'inhibition GABAergique dans M1 chez les répondants à la PAS25-magnétique par rapport aux répondants à la PAS25. Dans tous les cas, aucun changement de la fonction manuelle n'a été détecté, possiblement en raison d'un effet plafond chez les participants sains. Il s'agit de la première étude à tester et à démontrer l'efficacité de ce nouveau paradigme pour moduler l'excitabilité de M1. Par ailleurs, les participants ont perçu la PAS25-magnétique comme plus confortable par rapport au PAS25. Toutefois, des études à plus large échelle seront nécessaires afin d'évaluer plus précisément les effets de la PAS25-magnétique et ses mécanismes sous-jacents. / Paired associative stimulation (PAS) is used to non-invasively induce plastic changes in the primary motor cortex (M1). Conventional PAS paradigms involve the combination of an electrical peripheral nerve stimulation and transcranial magnetic stimulation (TMS) delivered over the primary motor cortex (M1). PAS can either enhance or reduce M1 excitability depending on the paired stimuli timing and is of interest in neurorehabilitation. However, the use of electrical peripheral nerve stimulation may be unpleasant to some people. Thus, in this project, we proposed a new noninvasive and painless excitatory PAS paradigm which consists of delivering low-frequency repetitive pairing of a single peripheral magnetic stimulus over the median nerve 25 ms before a TMS pulse to the contralateral M1. This thesis aimed to assess and compare, in healthy individuals, the influence of this new PAS paradigm (magnetic-PAS25) to the conventional PAS (PAS25) on M1 and corticospinal excitability, spinal motoneuron excitability, as well as hand motor function. Our findings revealed a significant real-time increase of corticospinal excitability during both magnetic-PAS25 and PAS25. Moreover, we observed a stronger and sustained increase of corticospinal excitability along with a prominent decrease of M1 GABAergic inhibition in the responders to magnetic-PAS25 as compared to responders to PAS25. Hand motor function remained unchanged in all cases likely due to a ceiling effect in healthy participants. This is the first study to test and provide evidence that magnetic-PAS25 has the capacity to promote changes in M1 excitability. Importantly, participants reported that magnetic-PAS25 was comfortable and not with the unpleasantness experienced during PAS25. These findings encourage future larger-sampled studies to further evaluate the effects of magnetic-PAS25 and its underlying mechanisms.

Des études démontrent que la stimulation magnétique transcrânienne répétitive (rTMS) appliquée au cortex moteur diminue les douleurs neuropathiques. L'objectif de ce mémoire était d'évaluer l'effet d'une session de rTMS appliquée au niveau de différentes représentations motrices corticales (membres inférieurs (MI) / membres supérieurs (MS)), comparé à un placebo, sur les douleurs neuropathiques de personnes ayant une blessure médullaire, ainsi que de documenter les changements neurophysiologiques. Une diminution de douleur à court terme fut observée pour les conditions MS et ML Les changements neurophysiologiques, observés via la représentation de la main, démontraient une excitabilité augmentée uniquement pour la condition MS, tandis que la représentation spatiale se déplaçait dans des directions opposées pour les conditions MS et ML. L'application de rTMS au cortex moteur diminue la douleur neuropathique indépendamment de la région motrice stimulée, suggérant que cet effet analgésique n'est pas associé à l'effet local induit, mais serait plutôt attribuable à des mécanismes distants.

Ce doctorat s'est intéressé à l'organisation fonctionnelle du cortex moteur primaire (M1) impliqué dans une synergie musculaire interarticulaire. La question de recherche était de savoir si le contrôle d'une synergie proximo-distale était assuré par les connexions synaptiques facilitatrices existant entre zones M1 contrôlant les muscles proximaux et distaux. L'originalité du travail repose sur le fait que cette question est traitée pour la première fois au cours d'une tâche motrice dynamique. Le modèle expérimental utilisé est le maintien de la pince pouce/index pendant des mouvements cycliques de flexion/extension du poignet. L'hypothèse de travail propose que la pince et la flexion du poignet, forment une synergie proximo-distale assurée par les connexions entre zones M1 des muscles fléchisseurs du poignet et du muscle abducteur de l'index, (FDI, First Dorsal Interosseus préactivé pour le maintien de la pince). Le recrutement de ces connexions augmenterait l'excitabilité corticale du FDI, potentialisant ainsi l'efficacité de la commande motrice distale. Les simples et doubles stimulations magnétiques transcrâniennes de M1 ont permis de tester l'excitabilité corticospinale et le niveau d'inhibition intracorticale (SICI) du FDI chez des personnes en santé (études 1 et 2) et chez une patiente désafférentée (étude 3). Les résultats des études 1 et 2 indiquent respectivement que l'excitabilité corticospinale du FDI est augmentée et que sa SICI est réduite pendant la flexion du poignet comparativement à l'extension, que les mouvements soient actifs ou passifs. Comme la SICI teste des processus strictement corticaux, il est proposé que la facilitation observée (fléchisseurs du poignet - FDI) s'organise en partie dans les circuits de M1. De plus, la facilitation observée en passif suggère une contribution des afférences proprioceptives du poignet. Les résultats de l'étude 3 (désafférentation) où l'effet n'est observé qu'en actif, suggèrent que les seules informations proprioceptives n'expliquent pas la facilitation proximo-distale et qu'une combinaison avec la commande motrice proximale est requise. Ces observations appuient l'idée du contrôle moteur cortical intégré de la pince pouce/index au cours de mouvements cycliques du poignet. Cette tâche dynamique serait une synergie musculaire fonctionnelle représentée au sein de M1 et contrôlée par la perméabilité phase-dépendante des informations sensorielles liées au mouvement.

Ce projet visait à 1) déterminer, chez des personnes en santé et des personnes ayant subi un accident vasculaire cérébral (AVC), la fidélité test-retest des paramètres associés aux stimulations magnétiques transcrâniennes (TMS) et 2) décrire la modulation de l’excitabilité corticospinale reliée au tibial antérieur (TA) à l’aide des TMS ainsi que sa relation avec des mesures cliniques de récupération locomotrice. Les paramètres démontrant une fidélité acceptable chez les deux groupes de participants étaient le seuil moteur, le plateau et la valeur maximale des réponses motrices évoquées et la période de silence maximale. Une réorganisation cérébrale a été observée au stade aigu post-AVC: durant la période de réadaptation active, l’hyperexcitablilité de l’hémisphère non lésé s’est résorbée et l’excitabilité de l’hémisphère lésé a augmentée, suggérant un meilleur contrôle contralatéral du TA parétique. Parallèlement, une augmentation de la vitesse de marche a été documentée suggérant un lien entre le contrôle contralatéral et la récupération fonctionnelle. / The project aimed to 1) determine, in healthy subjects and persons with chronic stroke, the test-retest reliability of outcome measures related to transcranial magnetic stimulations (TMS) and 2) describe, by means of TMS, the modulation of the corticospinal excitability of the tibialis anterior (TA) as well as test its relationship with clinical measures of locomotor recovery. The TMS outcome measures presenting acceptable reliability level in both groups of participants were the motor threshold, the plateau and maximal values of the motor evoked potentials and the maximal silent period. Cerebral reorganization was observed in the acute stage post-stroke: during the active rehabilitation period, the non lesioned hemisphere’s hyperexcitability decreased and there was a gradual increase of the lesioned hemisphere’s excitability, suggesting a greater control of the paretic TA via the contralateral tracts. A parallel increase in gait speed was also documented thus suggesting a link between a contralateral control and functional recovery.

La mémoire épisodique permet de se souvenir d’évènements dans leur contexte spatio-temporel. Les données issues de la neuroimagerie fonctionnelle ont mis en évidence que les régions préfrontales gauche et droite sont activées lors de l’encodage et de la récupération en mémoire épisodique, et ceci même lors de tâches mnésiques relativement simples. Sur la base de ces données, il est attendu que des patients présentant une atteinte frontale devraient présenter des déficits mnésiques. Or, de tels patients ont des performances déficitaires spécifiquement lors de tâches mnésiques complexes. Cette divergence quant à l’implication du cortex préfrontal pourrait s’expliquer par le fait que les activations obtenues à partir des techniques de neuroimagerie fonctionnelle sont le reflet de changements hémodynamiques : elles ne signifient pas que les régions activées soient essentielles au fonctionnement mnésique. La technique des Stimulations Magnétiques Transcrâniennes (SMT) permet de contourner certaines de ces limites et permet d’étudier, d’une manière sécuritaire, l’implication d’une région cérébrale donnée dans une fonction cognitive. Selon les paramètres de stimulations appliquées, il est possible d’interférer ou de faciliter les processus neuronaux d’une région donnée. Après une revue de la question et des principaux enjeux théoriques (Chapitre 1), l’objectif principal de la thèse, détaillé au Chapitre 2, était d’étudier le rôle des régions préfrontales dorsolatérales (CPFDL) en encodage et en récupération épisodique selon la nature verbale ou non-verbale du matériel à traiter et ce, à l’aide des effets inhibiteurs et facilitateurs que peuvent induire les SMT. Les bases neuronales de la mémoire épisodique ont donc été étudiées chez de jeunes adultes en santé dans le cadre de deux études originales, présentées aux Chapitres 3 et 4 de la thèse. En induisant des effets d’interférence avec les SMT, la première étude de la thèse a permis de démontrer le rôle essentiel des CPFDL gauche et droit lors de la mise en jeu des processus d’encodage et de récupération de matériel verbal et non-verbal. Les données d’une seconde étude, tablant sur les effets de facilitation des SMT, ont indiqué qu’il est possible d’améliorer le fonctionnement de la mémoire épisodique lorsque des SMT sont appliquées au niveau des CPFDL gauche et droit durant l’encodage ou la récupération. Les résultats des deux études de la thèse sont analysés à la lumière des données issues d’approches complémentaires lors du Chapitre 5. / Data from neuroimaging studies show right and left prefrontal cortex (PFC) activations during episodic encoding and retrieval. However, because functional neuroimaging findings rely on metabolic/hemodynamic indices, even if activations suggest that the activated areas are involved in a cognitive task; this does not necessarily mean that the activated regions are functionally crucial to episodic memory. Transcranial magnetic stimulation (TMS) is a brain stimulation technique that can transiently and safely interfere with ongoing neuronal activity in a targeted region. Depending on the stimulation parameters, it is possible to interfere with, or facilitate, neuronal activity. The first chapter of this thesis reviews current and past literature about on the prefrontal regions and its relation to episodic memory and different technique. This review lays the ground for the main objective (detailed in Chapter 2): to study the critical role of the dorsolateral PFC (DLPFC) in episodic encoding and retrieval processes, according to the nature of the material (verbal or non-verbal). Two original empirical investigations are included in this thesis. The first article (Chapter 3) highlights how the left and right DLPFC are essential for the encoding and retrieval of verbal and non-verbal information. The second article (Chapter 4) uses the potential facilitation effect of TMS for augmenting memory efficiency in young and healthy adults and actually showed that it is possible to improve the efficiency in episodic memory with TMS. These studies contribute to a better understanding of the role of the DLPFCs in episodic memory and promote TMS as a safe and efficient way to study human memory. Results of both studies are discussed in Chapter 5 in the light of data from other approaches.

Introduction. Le trouble de stress post-traumatique (PTSD) est une condition psychiatrique sévère pouvant atteindre 8% de la population générale et 30% de la population militaire. Malgré l'existence de plusieurs traitements tels que la psychothérapie et la pharmacothérapie, les taux de rémission demeurent sous les 50%. Il est donc crucial de développer de nouveaux traitements. Desétudes de validation de concept utilisant la stimulation magnétique transcrânienne répétée (rTMS) ont rapporté des résultats prometteurs chez des patients avec PTSD. La stimulation dite intermittent theta burst (iTBS) est un nouveau paradigme de rTMS qui pourrait s’avérer plus efficace que la rTMS conventionnelle entres autres en raison de ses effets plus durables. Objectifs et hypothèses. Notre objectif était d’approfondir les connaissances sur les effets de la iTBS chez des patients avec PTSD. Pour ce faire, nous avons testé les effets de la iTBS sur des variables cliniques, cognitives et neurobiologiques chez des militaires avec PTSD. Notre hypothèse était que la iTBS active, comparativement à la iTBS placébo, en modulant des aspects neurobiologiques pertinents au PTSD, entraînerait également une diminution des symptômes associés à cette pathologie ainsi qu’une amélioration au niveau cognitif. Méthodologie Nous avons mené une étude randomisée en double aveugle et contrôlée par condition placébo, testant les effets de 5 jours consécutifs de iTBS, à raison d’une session par jour, administrée au même moment de la journée (entre 7h00 et 10h00) active ou placébo au niveau du cortex préfrontal dorsolatéral droit chez 28 patients militaires avec PTSD. Les mesures cliniques consistaient en des échelles standardisées auto-rapportées mesurant 1- les symptômes de PTSD ; 2- les symptômes d’anxiété ; 3- les symptômes de dépression ; et 4- la qualité de vie. Les mesures cognitives consistaient en deux tâches attentionnelles (Dot probe et Rapid serial visual presentation) évaluant le biais attentionnel envers des stimuli exprimant de la colère. Les mesures neurobiologiques consistaient en 1- la connectivité fonctionnelle telle que mesurée par imagerie par résonance magnétique fonctionnelle ; 2- les métabolites (NAA et GABA) tels que mesurés via spectroscopie par résonance magnétique ; et 3- le cortisol tel que mesuré à partir d’échantillons salivaires. Toutes ces mesures étaient prises avant et après la iTBS. Les mesures cliniques et de cortisol salivaire étaient également prises en suivi, soit 1 mois après la dernière session de la iTBS. Résultats La iTBS s’est avérée sécuritaire et bien tolérée par les patients avec PTSD. Nous n’avons rapporté aucune différence statistiquement significative quant aux symptômes de PTSD, de dépression et d’anxiété entre le groupe ayant reçu la iTBS active et le groupe ayant reçu la iTBS placébo. Nous avons toutefois rapporté une diminution significative de la sévérité des symptômes au fil du temps pour ces trois échelles cliniques chez nos deux groupes de iTBS. Nous avons rapporté une différence significative au niveau de la qualité de vie entre les deux groupes à différents moments pour chacun des groupes par rapport au temps de mesure. Nous n’avons rapporté aucun effet de la iTBS sur le biais attentionnel. Une augmentation significative de la connectivité entre le DLPFC droit et le mPFC ainsi que le noyau caudé a été observée chez les patients ayant reçu la iTBS active comparativement à ceux ayant reçu la iTBS placébo. En raison de la mauvaise qualité des données de spectroscopie, nous n’avons pas procédé aux analyses statistiques. Les patients ayant reçu la iTBS active présentaient une augmentation du niveau de cortisol salivaire comparativement aux patients ayant reçu la iTBS placébo. Conclusion Une diminution (non statistiquement significative) de la sévérité des symptômes de PTSD, d’anxiété et de dépression ainsi qu’une augmentation (statistiquement significative) de la qualité de vie a été observée chez les patients avec PTSD ayant reçu la iTBS active et placébo. La iTBS active semble moduler certains substrats neurobiologiques pertinents au PTSD tel que la connectivité fonctionnelle entre des régions clés de cette pathologie ainsi que la concentration de cortisol salivaire. D’autres études utilisant la iTBS avec des protocoles de stimulation sur une plus longue période de temps seront nécessaires afin de mieux déterminer le potentiel clinique de la iTBS comme traitement chez des patients avec PTSD / Introduction. Posttraumatic stress disorder (PTSD) is a psychiatric condition that occurs in 8% of the general population and up to 30% of the military population. Despite several existing treatments, such as psychotherapy and pharmacotherapy, responsiveness rates in PTSD remain below 50%. There is thus a need to develop novel therapeutic approaches. Randomized controlled trial studies have reported promising results using repetitive transcranial magnetic stimulation (rTMS) to alleviate PTSD symptom severity. An analogue technique to rTMS, intermittent theta burst stimulation (iTBS), is believed to produce longer lasting effects through long-term potentiation. Objectives and hypotheses Our general objective was to develop a greater understanding of the effects of iTBS in patients with PTSD. Therefore, we aimed at testing the safety, as well as the effects of active iTBS on clinical, cognitive and neurobiological variables in military personnel diagnosed with PTSD, compared to sham iTBS. Our hypothesis was that active iTBS, by modulating neurobiological aspects relevant in PTSD, would decrease symptom severity associated with PTSD, and induce cognitive improvements, compared to sham iTBS. Method This study was a two-arm, 1-month prospective, double blind, randomized, sham-controlled study. Twenty-eight military patients with PTSD received daily iTBS session applied over the right dorsolateral prefrontal cortex (DLPFC) for 5 consecutive days, at the same time of the day (between 7:00 and 10:00 am). We measured clinical symptoms using standardized questionnaires assessing 1- PTSD symptoms; 2- anxiety symptoms; 3- depression symptoms; and 4- quality of life. Cognitive measures consisted of 2 attentional tasks (Dot Probe and Rapid serial visual presentation) assessing attentional bias for stimuli expressing anger. Neurobiological measurements included resting state functional connectivity using magnetic resonance imaging and metabolites concentration (NAA et GABA), as well as cortisol levels using salivary samples, before and after the iTBS regimen. All these measures were taken before and after iTBS. Clinical and cortisol assessments were also taken at follow-up, one month after the last iTBS session. Results The iTBS was safe and well tolerated. There was no significant difference between active and sham iTBS on PTSD, anxiety and depression outcomes. However, symptom severity significantly decreased over time for patients from both iTBS conditions. There was a significant difference between iTBS groups on quality of life that varied across time points assessments. We did not report any effect on attentional bias. Statistical analyses were not performed on metabolites concentrations due to poor data quality. There was a significant increase in cortisol levels for patients who received active iTBS as compared to those who received sham iTBS. There was also a significant increase in functional connectivity between the right DLPFC, the mPFC and the right caudate nucleus in patients who received iTBS compared to those who received sham iTBS. Conclusion We reported a decrease (not statistically significant) in symptoms of PTSD, anxiety and depression, as well as an improvement (statistically significant) in quality of life for the group who received the active iTBS. Active iTBS also modulated neurobiological substrates relevant in PTSD, such as the functional connectivity between key regions involved in this pathology, as well as salivary cortisol concentration. Other iTBS studies with longer lasting protocol could help shed some light on its clinical efficacy in treating PTSD

La stimulation corticomotoneuronale pairée (PCMS) combine stimulation magnétique transcrânienne (TMS) du cortex moteur primaire (M1) et stimulation électrique périphérique (ePCMS). L'intervalle synchronisant l'arrivée des potentiels d'action pré- et post-synaptique au niveau de la synapse corticomotoneuronale vise l'induction d'une plasticité spinale de type potentialisation long terme. Le pairage avec la stimulation périphérique magnétique (mPCMS) pourrait être plus efficace pour augmenter l'excitabilité corticospinale vu la correspondance d'activation des motoneurones avec la TMS et les afférences purement proprioceptives. La mPCMS a été comparée avec la ePCMS pour tester les effets induits (mesurés par l'amplitude des potentiels évoqués moteurs (MEP)) appliqués au membre inférieur durant une activation volontaire. L'influence des variants du gène BDNF (brain-derived neurotrophic factor) sur la réponse aux PCMS a également été observée. Seize adultes en santé ont participé à deux expérimentations pairant la TMS de M1 du tibial antérieur (TA) avec la stimulation du nerf fibulaire commun (aux intensités sous le seuil de la douleur) à l'intervalle inter-stimuli personnalisé, pendant une légère contraction isométrique du TA. En somme, la majorité des participants ont eu une augmentation significative de l'amplitude des MEP. La grandeur de la taille effet était différente entre les protocoles et dans le temps soit: un changement plus marqué direction après l'intervention ePCMS (taille d'effet moyen) et 30 minutes après l'intervention mPCMS (effet très large). Les variables secondaires n'ont pas été influencées, supportant l'origine prémotoneuronale de l'augmentation d'excitabilité corticospinale. Une distribution différente des génotypes du BDNF a été notée: les répondants en ePCMS étaient davantage porteurs du génotype Val66Val et ceux en mPCMS étaient plus des porteurs de l'allèle Met. Il s'agit de la première étude testant les mPCMS et appliquant les ePCMS en activité au membre inférieur et nos conclusions supportent leur efficacité et pertinence. Davantage d'études au design expérimental sont nécessaires pour reproduire nos résultats et explorer le potentiel des mPCMS. / Paired corticomotoneuronal stimulations (PCMS) is of great interest as a novel neurostimulation paradigm to explore the potential plasticity of the spinal cord. The methods consist in the synchronization of presynaptic (from transcranial magnetic stimulation (TMS) at the primary motor cortex) and postsynaptic (from peripheral stimulation of the nerve) volleys at the corticomotoneuronal synapse to induce STDP-like (spike-timing-dependant-plasticity) after-effects. The body of PCMS literature has investigated its application at the upper limb with only few at the lower limb. The peripheral nerve stimulation is usually electrical (ePCMS) and pairing TMS with magnetic stimulation of the nerve (mPCMS) has never been tested. This new paradigm would have interesting advantages compared to ePCMS: recruits first alpha-motoneurons of small diameters (correspondence with activated motoneuron by TMS) and generates almost pure proprioceptive afferences. After-effects on corticospinal excitability (measured by motor evoked potential (MEP) amplitude) were compared between the two PCMS protocols (ePCMS vs. mPCMS) at the tibial anterior (TA: ankle dorsiflexor) in active state for healthy participants. Our findings have shown that both ePCMS and mPCMS are effective to strengthen corticospinal projections in painless intensities at the TA in active state for a majority of healthy participants. For the first time studied, mPCMS has shown promising results for inducing LTP-like effects as its magnitude of effect was considered very large (for responders in Post30) compared to medium-sized effect for ePCMS (in Post0). The factor BDNF genotypes was also observed in our study, revealing different distribution between the two protocols: Val66Vall genotype was predominant in ePCMS responders, while Met allele carriers were more represent in mPCMS responders. Our results support the premotoneuronal origin of MEP increase for the TA preactivated with comfortable TMS intensities. Larger sampled experimentally designed studies are needed to reproduce our findings, to optimized mPCMS parameters and better understand its underlying mechanisms.

Thèse ou mémoire avec insertion d'articles. / INTRODUCTION : Le syndrome d'abutement est une problématique qui touche plus 40% des personnes au courant de la vie. En clinique, les personnes souffrant d'un syndrome d'abutement présentent, entre autres, une altération du contrôle du trapèze supérieur et de la scapula lors de l'élévation de l'épaule. Toutefois, les mécanismes neurologiques qui sous-tendent ces altérations demeurent peu étudiés. MÉTHODOLOGIE : Quinze participants avec syndrome d'abutement et quinze participants contrôles en santé ont été recrutés. L'analyse de l'intégration des informations proprioceptives par la vibration tendineuse qui induit des illusions de mouvements, ainsi que l'excitabilité du cortex moteur primaire par la stimulation magnétique transcrânienne (SMT) ont permis de collecter des données en lien avec le contrôle sensorimoteur de l'épaule. RÉSULTAT : Les résultats ont permis de constater une altération du traitement proprioceptif dans le groupe avec syndrome d'abutement. Les résultats avec la vibration tendineuse ont démontré une perception de la vitesse/amplitude plus lente (p = 0.035) du côté douloureux versus non-douloureux. Les données de la SMT furent limitées par des seuils moteurs au repos trop élevés, en particulier au sein du groupe avec syndrome d'abutement au niveau de l'hémisphère du côté de l'épaule douloureuse. CONCLUSION: Notre étude apporte de nouvelles évidences concernant l'intégrité du traitement des informations proprioceptives chez les personnes souffrant d'un syndrome d'abutement et encourage les prochaines recherches à déterminer de meilleures approches méthodologiques chez ce type de patients dans le but de collecter des données SMT sans en augmenter les symptômes douloureux. / BACKGROUND: The subacromial impingement syndrome (SIS) is among the most prevalent cause of shoulder pain and disability. Lacking sensorimotor control of the shoulder complex is likely contributing to subacromial impingement syndrome. To further understand neural mechanisms involved in these sensorimotor alterations, the present study tested the integrity of movement-processing and motor control networks in persons with subacromial impingement syndrome. METHODS: Fifteen participants with subacromial impingement syndrome and fifteen healthy counterparts were recruited. Proprioceptive processing was tested by tendon vibration (VIB) inducing kinesthetic illusions of shoulder abduction, and transcranial magnetic stimulation (TMS) to test corticospinal excitability for the control of shoulder. RESULTS: Participants in subacromial impingement syndrome and healthy groups had similar baseline characteristics, except for their level of shoulder pain and disability. They reported similar movement illusions in terms of clearness, direction and success rate. However, they were of significantly (p = 0.035) lower speed/amplitude on the painful side of participants with subacromial impingement syndrome versus the non-painful one. Collecting TMS data was challenged by the high motor thresholds, especially for the painful shoulder of SIS patients, that caused discomfort and fear of pain. CONCLUSION: Our study provided novel evidence on the integrity of proprioceptive coding in persons living with SIS and encourages future work to determine the best methodological procedures for increasing the relevance and success-rate of TMS in contexts of musculoskeletal disorders.

Titre de l'écran-titre (visionné le 12 avril 2024) / Cette thèse de doctorat s'intéresse aux effets bénéfiques de la neurostimulation non-invasive du système corticomoteur dans la maladie de Parkinson (MP), chez des patients (études cliniques) et des primates non-humains (études précliniques, modèle de la MP). La MP, caractérisée par la présence de symptômes moteurs et non-moteurs, résulte de la perte des neurones dopaminergiques nigrostriataux, ce qui altère les boucles des ganglions de la base avec le thalamus et le cortex, et entraîne une hypoactivation corticale. Le traitement pharmacologique le plus utilisé est la L-3,4-dihydroxy-phénylalanine (L-Dopa), qui présente des effets secondaires, notamment, le développement de mouvements anormaux involontaires appelés dyskinésies induites par la L-Dopa (LID). Ces LID résulteraient de la combinaison de la dégénérescence des neurones dopaminergiques et de l'absorption chronique de L-Dopa, entrainant une signalisation au sein de la boucle corticale-ganglions de la base-thalamo-corticale inappropriée et une hyperactivation corticale. La pharmacologie visant à réduire les LID est associée à d'autres effets secondaires invalidants. C'est pourquoi des approches non pharmacologiques sont étudiées, telles que la stimulation magnétique répétitive transcrânienne (rTMS) ou périphérique (rPMS des muscles) et la stimulation transcrânienne électrique par courant direct (tDCS). Toutes ces approches influencent la plasticité corticale et le contrôle moteur. Les rTMS et tDCS sont dites *top-down* et la rPMS est dite *bottom-up*, i.e., via les voies sensorielles lemniscales qui incluent les connexions thalamo-corticales. Les protocoles excitateurs tels que la stimulation à la fréquence thêta intermittente (iTBS) pour la rTMS et la tDCS anodique (a-tDCS), induisent une augmentation de l'excitabilité corticale et pourraient être utilisés, en l'absence de LID, pour activer le cortex moteur primaire (M1). Les protocoles inhibiteurs tels que la stimulation à la fréquence thêta continue (cTBS) pour la rTMS et la tDCS cathodique (c-tDCS) induisent une diminution de l'excitabilité corticale et permettraient, en présence de LID, de réduire l'hyperactivation du M1. L'objectif de cette thèse de doctorat était d'étudier l'effet de ces approches pour réduire les symptômes moteurs, non-moteurs et les LID, et explorer l'influence de ces techniques sur la plasticité du M1. Une revue de la littérature a permis de faire le point sur les connaissances concernant l'utilisation de la TBS et de la tDCS dans la MP, dont les résultats ont, entres autres, fait état de l'importance du statut pharmacologique dans les études de neurostimulation. Le premier chapitre de cette thèse porte sur une participante atteinte de la MP depuis dix ans, mais non-médicamentée, et sur les effets de iTBS par rTMS et rPMS sur les symptômes moteurs et la fonction au quotidien, sans l'interférence de la L-Dopa. Le protocole comprenait quatre combinaisons testant l'effet placebo, de rTMS + rPMS, de rTMS seule et rPMS seule. Les symptômes et la fonction motrice se sont améliorés au cours des quatre séances, accompagnés de changements de l'excitabilité de M1. Dans le second chapitre, l'étude d'un groupe de patients avec la MP et sous L-Dopa, évaluait l'effet de a-tDCS avec rPMS sur les symptômes et la fonction motrice. Trois protocoles, chacun administrés pendant cinq jours, testaient l'effet du placebo, de a-tDCS seule et de a-tDCS+rPMS. Les symptômes et la qualité de vie se sont améliorés accompagnés de variations neurophysiologiques de M1. Le troisième chapitre chez un modèle animal de la MP, explorait l'effet de trois protocoles sur les LID et les symptômes moteurs. Les protocoles étaient combinés avec véhicule ou L-Dopa. Le premier incluait deux séances de cTBS, le second, une séance de c-tDCS et le troisième, cinq séances de c-tDCS. Avec le véhicule, la cTBS a diminué les scores parkinsoniens comparativement au placebo ou le véhicule seul. Avec la L-Dopa, deux séances de cTBS ont diminué les LID sans affecter les effets antiparkinsoniens de la L-Dopa, une séance de c-tDCS n'a eu aucun effet et cinq séances de c-tDCS ont réduit brièvement les LID mais aussi la durée des effets de la L-Dopa. L'ensemble de ces résultats justifient d'autres études pour approfondir les connaissances et compléter l'exploration des effets de la neurostimulation non-invasive pour réduire les symptômes moteurs, non-moteurs et les LID, et supportent que les changements de M1 reflètent la plasticité cérébrale à l'origine de l'amélioration clinique même des années après le diagnostic initial. Les bénéfices cliniques rapportés encouragent le développement de traitements non pharmacologiques possibles à associer à la L-Dopa. / This doctoral thesis investigates the beneficial effects of non-invasive neurostimulation of the corticomotor system in Parkinson's disease (PD), in patients (clinical studies) and non-human primates (preclinical studies, PD model). PD, characterized by the presence of motor and non-motor symptoms, results from the loss of nigrostriatal dopaminergic neurons, which alters the loops of the basal ganglia with the thalamus and cortex, leading to cortical hypoactivation. The most widely used pharmacological treatment is L-3,4-dihydroxy-phenylalanine (L-Dopa), which has side effects including the development of involuntary abnormal movements known as L-Dopa-induced dyskinesias (LIDs). These LID are thought to result from a combination of degeneration of dopaminergic neurons and chronic L-Dopa intake, leading to inappropriate signaling within the cortical-basal ganglia -thalamo-cortical-loop and cortical hyperactivation. Pharmacology aimed at reducing LID is associated with other disabling side effects. This is why non-pharmacological approaches are being investigated, such as repetitive transcranial magnetic stimulation (rTMS) or peripheral magnetic stimulation (rPMS of muscles) and transcranial direct current stimulation (tDCS). All these approaches influence cortical plasticity and motor control. rTMS and tDCS are said to be top-down, while rPMS is said to be bottom-up, i.e., via lemniscal sensory pathways that include thalamo-cortical connections. Excitatory protocols such as intermittent theta frequency stimulation (iTBS) for rTMS and anodic tDCS (a-tDCS), induce an increase in cortical excitability and could be used, in the absence of LID, to activate primary motor cortex (M1). Inhibitory protocols such as continuous theta frequency stimulation (cTBS) for rTMS and cathodic tDCS (c-tDCS) induce a decrease in cortical excitability and would, in the presence of LID, reduce M1 hyperactivation. The aim of this doctoral thesis was to study the effect of these approaches in reducing motor, non-motor and LID symptoms, and to explore the influence of these techniques on M1 plasticity. A review of the literature provided an update on what is known about the use of iTBS and tDCS in PD, the results of which, among other things, pointed to the importance of pharmacological status in neurostimulation studies. The first chapter of this thesis focuses on an unmedicated participant with ten years' PD, and the effects of iTBS via rTMS and rPMS on motor symptoms and day-to-day function, without the interference of L-Dopa. The protocol included four combinations testing the placebo effect, rTMS + rPMS, rTMS alone and rPMS alone. Symptoms and motor function improved over the four sessions, accompanied by changes in M1 excitability. In the second chapter, a study of a group of PD patients with L-Dopa assessed the effect of a-tDCS with rPMS on symptoms and motor function. Three protocols, each administered over five days, tested the effect of placebo, a-tDCS alone and a-tDCS+rPMS. Symptoms and quality of life improved, accompanied by neurophysiological changes in M1. The third chapter, in an animal model of PD, explored the effect of three protocols on LID and motor symptoms. These protocols were combined with vehicle or L-Dopa. The first included two sessions of cTBS, the second, one session of c-tDCS and the third, five sessions of c-tDCS. With vehicle, cTBS reduced parkinsonian scores compared with placebo or vehicle alone. With L-Dopa, two sessions of cTBS reduced LID without affecting the antiparkinsonian effects of L-Dopa, one session of c-tDCS had no effect and five sessions of c-tDCS briefly reduced LID but also the duration of L-Dopa's effects. Taken together, these findings warrant further studies to deepen knowledge and complete exploration of the effects of non-invasive neurostimulation in reducing motor, non-motor and LID symptoms, and support that M1 changes reflect the brain plasticity behind clinical improvement even years after initial diagnosis. The clinical benefits reported encourage the development of possible non-pharmacological treatments to be combined with L-Dopa.

Ce projet avait comme double objectif (1) de tester l'excitabilité motrice corticale liée à la contraction isométrique du tibial antérieur (TA, muscle fléchisseur de la cheville) à l'aide des stimulations magnétiques transcrâniennes (TMS), (2) de tester l'effet de l'âge, du côté (dominant vs. non dominant) et du sexe sur cette excitabilité. Précisément, les TMS du cortex moteur primaire ont permis d'évaluer l'excitabilité corticospinale et intracorticale du TA préactivé. Les variables issues des réponses du TA aux TMS dénotent des différences significatives entre les deux groupes d'âge testés, entre les deux côtés du corps et finalement entre hommes et femmes. Ces données originales soulignent l'importance de considérer les facteurs âge, côté (dominant/ non dominant) et sexe pour l'étude du contrôle moteur de la cheville et des tâches connexes (exemple : la marche) et, donc, dans toute étude visant la compréhension des incapacités et de la récupération motrice des personnes cérébrolésées.