Cette thèse étudie la modulation des circuits neuronaux spinaux impliqués dans les fonctions motrices et leur contrôle corticospinal lors de la locomotion chez l’Homme sain et après accident vasculaire cérébral (AVC). Dans ce contexte, la stratégie utilisée a consisté à moduler les comportements de ces circuits en modifiant soit les volées afférentes d’origine suprasegmentaire ou les volées afférentes d’origine périphérique et d’étudier le retentissement de ces modifications sur le comportement des circuits neuronaux spinaux au cours de différentes tâches motrices dont la marche.Trois grands thèmes émergent de ce projet :« L’influence combinée des entrées corticospinales et de l’inhibition réciproque sur l’activité des motoneurones des fléchisseurs plantaires de la cheville » a été étudiée en station debout et lors de la marche stabilisée. Les résultats ont suggéré que l'interaction entre les motoneurones spinaux, les interneurones inhibiteurs Ia et les volées motrices corticospinales descendantes ainsi que leur contribution relative à l'activité des motoneurones des fléchisseurs plantaires de la cheville dépendent de la tâche motrice. Plus d’interaction entre les entrées descendantes et les interneurones Ia pendant la station debout était présente, probablement pour renforcer l’activation tonique des motoneurones du soléaire.« La modulation liée à la tâche de l’inhibition spinale croisée entre les membres inférieurs chez l’Homme » a été étudiée au niveau des muscles soléaires en position assise, debout et lors de la marche stabilisée. Nos résultats suggèrent que la transmission neurale croisée, via les interneurones commissuraux des groupes I et II, est déprimée par les entrées descendantes bilatérales du cortex moteur ou pendant le mouvement volontaire. La modulation spécifique de l’inhibition croisée du groupe II au cours de la locomotion suggère un contrôle des structures mésencéphaliques monoaminergiques et son rôle dans la coordination des jambes pendant la locomotion. « L’influence de la musique sur les automatismes locomoteurs après un Accident Vasculaire Cérébral » a été étudiée durant la marche stabilisée chez les patients atteints d’AVC. Nos résultats préliminaires suggèrent que l’écoute musicale modulerait les réseaux neuronaux médullaires impliqués dans les automatismes locomoteurs. / This thesis investigates the modulation of spinal neuronal circuits involved in motor function and their corticospinal control during locomotion in healthy humans and after stroke. In this context, the strategy was to modulate the behavior of these circuits by modifying either the afferent volleys from suprasegmental origin or from peripheral origin and to study the impact of these changes on the behavior of spinal neuronal circuits during different motor tasks such as walking.Three major themes emerge from this project:« Combined influence of corticospinal inputs and reciprocal inhibition on ankle plantar flexor motoneuron activity during walking » was investigated during standing and during stabilized walking. The results suggested that the interaction between spinal motoneurons, Ia inhibitory interneurones and motor corticospinal descending volleys and their relative contribution to the activity of plantar flexor motoneurons of the ankle depend on the motor task. More interaction between descending inputs and Ia interneurones during standing was present, presumably to strengthen the tonic activation of the soleus motoneurons.« Task-related modulation of crossed spinal inhibition between human lower limbs» has been studied at the soleus muscles in sitting, standing and during stabilized walking. Our results suggest that crossed neural transmission via commissural interneurones of groups I and II, is depressed by bilateral descending inputs of motor cortex during voluntary movement. Specific modulation of the crossed inhibition by group II afferents during locomotion suggests a control from monoaminergic mesencephalic structures and its role in legs coordination during locomotion.« The influence of music on locomotor automatisms after stroke» was investigated during stabilized locomotion in stroke patients. Our preliminary results suggest that music modulate the spinal neuronal networks involved in locomotor automatisms.

La mémoire épisodique, notre capacité de se rappeler des épisodes particuliers de notre vie, a été initialement définie chez l'homme en termes de l'information qu'elle contient, quel événement a eu lieu, où et dans quel contexte /quand s'est-il produit? La démonstration de l'existence de cette forme de mémoire chez l'animal a été réalisée chez le geais buissonnier. En effet, cet oiseau cacheur est capable de former une représentation mentale complexe du type de nourriture qu'il a caché, où et quand. Cette forme de mémoire qualifiée d' « episodic-like » a depuis une dizaine d'année été établie chez le rongeur. Au cours de ma thèse, j'ai suivi deux objectifs: valider un nouveau paradigme de mémoire épisodique chez le rat et l'utiliser pour étudier les circuits neuronaux qui sous-tendent cette forme particulière de mémoire. La première partie du manuscrit présente le développement et la validation d'un protocole original destiné à l'étude de la mémoire épisodique chez le rat. Lors de la conception de cette tâche, nous avons essayé de réduire au minimum la procédure d'entrainement des animaux afin de préserver l'essence même de la mémoire épisodique qui est la mémoire d'épisodes uniques. Pendant la tâche les rats ont été exposés à deux épisodes différents, au cours desquels des combinaisons uniques odeurs-place (information « quoi et où ») ont été présentées dans des contextes différents enrichis et multi-sensoriels (information « dans quel contexte »). Nous avons démontré que certains rats («ww») étaient capables de former des associations de mémoire (« episodic-like ») qui leur permettent de se souvenir de l'intégralité de l'épisode présenté après des délais courts (24h) et longs (24 jours) et dans différentes situations de rappel, tandis que d'autres («rest») ne se souvenaient que partiellement des informations présentes lors de l'épisode. Une approche pharmacologique réalisée lors de la validation de la tâche nous a permis de confirmer que l'hippocampe dorsal était nécessaire au rappel épisodique complet. Dans une version étendue du protocole dans laquelle des rats ont été exposés à deux épisodes supplémentaires, nous avons trouvé que l'expérience des épisodes préalablement acquis par les rats facilite l'encodage de nouveaux épisodes et que la mémoire de ces épisodes est plus stable. La deuxième partie de la thèse présente une première approche de l'étude des circuits neuronaux sous tendant la formation et la récupération de la mémoire épisodique. L'approche méthodologique utilisée est l'enregistrement multi-site de potentiels de champs locaux chez l'animal vigile. Le réseau de structures enregistrées inclut les aires sensorielles olfactives, des régions du cortex préfrontal médian et latéral ainsi que les régions dorsales et ventrales de l'hippocampe. Après avoir extrait des signaux le contenu fréquentiel dans deux bandes de fréquences (béta et théta), nous avons analysé les variations de puissance de l'activité oscillatoire dans ces bandes en utilisant des analyses en transformées de Hilbert et ondelette de Morlet. La période d'analyse est centrée sur l'échantillonnage de l'odeur, dernière information traitée avant que l'animal produise sa réponse comportementale. Les changements de puissance dans les deux bandes en réponse à l'odeur ont été comparés dans les différentes situations expérimentales pour les rats «ww» et les rats «rest». Les résultats obtenus montrent que le réseau de structures activées dans la bande béta en réponse à l'odeur est différent en fonction du profil de rappel des animaux (les rats du profil «ww» versus les rats «rest») à la fois en encodage et en situation de rappel. L'activité dans le réseau est également différente en fonction du type de réponse (hit versus rejet correct) / Episodic memory, our capacity to recollect particular life episodes, has been initially defined in terms of the information it contains, what kind of event, where and in which context/when did it take place. Pioneering studies on food-caching birds have demonstrated that animals are also able to form such complex memories, referred to as episodic-like memories in animals, however its modelling in rodents has proved challenging. The aim of this thesis was twofold: further development and validation in rats of a new episodic-like memory paradigm and study of neural circuits involved in formation and retrieval of this particular memory. The first part of the thesis presents the original behavioral paradigm developed in our group. In our task we tried to minimize training procedure in order to preserve the nature of episodic memory which is the memory for unique life episodes. Hereby rats were exposed to two different episodes, during which unique odor-place combinations (“what and where” information) were presented in different enriched multisensory contexts (“in which context” information). We found that some rats (“ww” group) were indeed able to form episodic-like memory associations which can be recalled after short (24 h) and long delays (24 days) in different experimental situations, while other animals (“rest” group) remembered only parts of the information contained in the initial episodes. Using pharmacological inactivation of dorsal hippocampus we have demonstrated that hippocampus is required specifically for retrieval of associated episodic-like memory information, but not for retrieval of single elements of the presented episodes in our task. In an extended version of the protocol in which rats were exposed to two additional episodes we found that previously acquired experience of the rats facilitates the encoding of new episodes and that the memory of these new episodes is more stable. The second part of the manuscript presents the first approach to study neural circuits involved in episodic-like memory encoding and retrieval in our task. Electrophysiological methodology was based on local field potential recordings obtained in parallel in several brain regions in behaving animals. The network of structures investigated included olfactory neocortical brain areas, brain regions in lateral and medial prefrontal cortex and the dorsal and ventral part of the hippocampus. The analysis was based on the estimation of magnitude of the oscillatory activity (described as power changes) in theta and beta frequency bands using Hilbert and Morlet wavelet transform for the analyses. The power analysis evolved around odor sampling event which constituted the last piece of information required for recollection of the whole episodic-like memory association. The odor-induced changes in power were compared between “ww” and “rest” animals in different experimental situations. We found that the network of activated brain regions in beta frequency band differed as a function of the memory profile of the rats (complete episodic-like memory recollection versus remembering partial information of the episodes) during both memory encoding as well as retrieval. We have also demonstrated that this active network changes when memory becomes consolidated (recent versus remote memory). Additionally we have shown that the activity in the network depends on the type of the response (hit versus correct rejection) given by the rat during memory encoding and retrieval. The network of brain regions that showed changes in theta power during memory formation and retrieval differed strongly from beta band network. In contrast to beta, the memory profile effect was much less prominent for theta band. However similarly to beta, there were also significant changes in network depending on the encoding session and the age of memory at test

Le château fort imprègne profondément dès l'enfance l'imaginaire de nos contemporains. Le phénomène est massif et déjà ancien comme l'attestent les 418 images de châteaux forts proposées de 1882 à 1960, dans les publications pour la jeunesse, destinées à l'usage scolaire ou dans le cadre familial et qui servent de base à cette étude. L'activité éditoriale reflétant les choix de société, il s'agit alors de comprendre comment s'élaborent, durant l'enfance, la connaissance et le mythe du château fort au travers de ses diverses représentations iconiques, textuelles ou par le jouet-château.A partir de l'exploitation de ce vaste corpus, la thèse met en exergue les fondements de la connaissance du château fort qui prédominent en tous supports scolaires ou de loisirs : les références scientifiques aux travaux de Viollet-le-Duc, omniprésentes jusqu'en 1960. Ce souci d'appui sur les valeurs scientifiques reconnues nourrit les objectifs de la société de la fin du XIXe et du XXe s. qui, par ce choix déterminé, souhaite donner le meilleur à la formation de la jeunesse.Par ailleurs, l'étude des images en interaction avec l'écrit montre que les idées reçues, telle que l'huile bouillante et les oubliettes, font partie à la fois des connaissances acquises et des micro-mythes. Ces stéréotypes stimulant l'imaginaire de toutes générations, l'étude suivante analyse les émotions qui surgissent dans l'activité de réception des représentations mais aussi celles que l'enfant traduit dans le jeu symbolique. Pas à pas sont mises en évidence les peurs originelles que suscite le château fort chez l’enfant lecteur ou joueur : peur de la privation de liberté ou de lumière, peur de l'enfermement, en somme peur de la mort, cette inconnue. On rejoint là les mythes fondateurs de l'humanité.Grâce à l'analyse des manuels et des ouvrages de jeunesse, il apparaît que le château fort est aussi une construction politique instrumentalisée pour l'éducation morale et religieuse de la jeunesse, voire celle différenciée des garçons et des filles. Mais c'est le recours aux neurosciences qui permet de comprendre les processus neuronaux mis en jeu à propos du château fort, dans l'activité perceptive et sensible du jeune lecteur ou joueur mais aussi dans son activité motrice engageant la corporalité.Dans cette perspective, quel est le véritable enjeu de la restauration des châteaux forts ou même de la construction à l'identique du château du XIIIe siècle, Guédelon : préservation du passé ou plongée concrète dans l'imaginaire du château fort à l'échelle réelle ? / The fortified castle deeply pervades the imaginary world in the childhood of our contemporaries. The phenomenon is massive and already ancient, as the 418 pictures of the fortified castles proposed from 1882 to 1960 in youth publications dedicated to school or family use and which are the basis of this study can testify. Insofar as the editorial activity reflects social choices, it therefore deals with understanding how the knowledge and the myth of the fortified castle is building itself during childhood through its various iconic representations, textual or thanks to the toy-castle.Starting from the exploitation of this vast corpus, this thesis underlines the founding principles of the knowledge of the fortified castle which predominate in all supports, for education or for leisure : the scientific references to Viollet le Duc’s works, omnipresent until 1960. This will to be based on recognized scientific values feeds the goals of the society of the late 19th and 20th century, which, through this determined choice, wishes to give the best for the education of their youth.Moreover, the study of the pictures interacting with written expressions shows that the preconceived ideas, such as boiling oil or the dungeon, are part of acquired knowledge as much as of the micro-myth. These stereotypes stimulating the imaginary world of all generations, the following study gives an analysis of the emotions that emerge in the reception activity of the representations but also of the ones that the child translates in the symbolical game. Step by step, the original fears aroused by the fortified castle in the games of the reading or playing child are highlighted : fear of freedom or light deprivation, fear of imprisonment, in other words the fear of death, this unknown. Here we are in accordance with the founding myth of humanity.Thanks to the analysis of the school books and youth publications, it appears that the fortified castle is also a political construction used for moral and religious education, even the one that distinguishes boys from girls. But this is the resorting to neurosciences that enable to understand the neuronal process at stake as far as the fortified castle is concerned, in the young reader’s or player’s perceptive and sensitive activity, but also in his motor activity which implies his body awareness.With this purpose, what is really at stake in the restoration of the fortified castle or even in the identical building of the 13th century castle, Guédelon : preservation of the past, or a concrete immersion in the imaginary world of the fortified castle on a real scale ?

Pour la plupart des gens, la lecture est une activité automatique, inhérente à leur vie quotidienne et ne demandant que peu d’effort. Chez les individus souffrant d’épilepsie réflexe à la lecture, le simple fait de lire déclenche des crises épileptiques et les personnes doivent alors renoncer à la lecture. Les facteurs responsables du déclenchement de l’activité épileptique dans l’épilepsie réflexe à la lecture demeurent encore mal définis. Certains auteurs suggèrent que le nombre ainsi que la localisation des pointes épileptiques seraient en lien avec la voie de lecture impliquée. Des études en imagerie cérébrale, menées auprès de populations sans trouble neurologique, ont dévoilé que la lecture active un réseau étendu incluant les cortex frontaux, temporo-pariétaux et occipito-temporaux bilatéralement avec des différences dans les patrons d’activation pour les voies de lecture lexicale et phonologique. La majorité des études ont eu recours à des tâches de lecture silencieuse qui ne permettent pas d'évaluer la performance des participants. Dans la première étude de cette thèse, qui porte sur une étude de cas d'un patient avec épilepsie réflexe à la lecture, nous avons déterminé les tâches langagières et les caractéristiques des stimuli qui influencent l'activité épileptique. Les résultats ont confirmé que la lecture était la principale tâche responsable du déclenchement de l’activité épileptique chez ce patient. En particulier, la fréquence des pointes épileptiques était significativement plus élevée lorsque le patient avait recours au processus de conversion grapho-phonémique. Les enregistrements électroencéphalographiques (EEG) ont révélé que les pointes épileptiques étaient localisées dans le gyrus précentral gauche, indépendamment de la voie de lecture. La seconde étude avait comme objectif de valider un protocole de lecture à voix haute ayant recours à la spectroscopie près du spectre de l’infrarouge (SPIR) pour investiguer les circuits neuronaux qui sous-tendent la lecture chez les normo-lecteurs. Douze participants neurologiquement sains ont lu à voix haute des mots irréguliers et des non-mots lors d’enregistrements en SPIR. Les résultats ont montré que la lecture des deux types de stimuli impliquait des régions cérébrales bilatérales communes incluant le gyrus frontal inférieur, le gyrus prémoteur et moteur, le cortex somatosensoriel associatif, le gyrus temporal moyen et supérieur, le gyrus supramarginal, le gyrus angulaire et le cortex visuel. Les concentrations totales d’hémoglobine (HbT) dans les gyri frontaux inférieurs bilatéraux étaient plus élevées dans la lecture des non-mots que dans celle des mots irréguliers. Ce résultat suggère que le gyrus frontal inférieur joue un rôle dans la conversion grapho-phonémique, qui caractérise la voie de lecture phonologique. Cette étude a confirmé le potentiel de la SPIR pour l’investigation des corrélats neuronaux des deux voies de lecture. Une des retombées importantes de cette thèse consiste en l’utilisation du protocole de lecture en SPIR pour investiguer les troubles de la lecture. Ces investigations pourraient aider à mieux établir les liens entre le fonctionnement cérébral et la lecture dans les dyslexies développementales et acquises. / For most people, reading is a smooth, automatic activity that is part of their everyday life. For individuals suffering from reflex reading epilepsy, this simple activity triggers seizures and these individuals have no other alternatives than to stop reading. The factors responsible for triggering epileptic activity in reflex reading epilepsy remain unspecified. Some authors suggest that the number and the localization of spikes would vary according to the reading pathway. Cerebral imaging studies conducted in populations without neurological disorders have revealed that reading involves an extensive cerebral network including the frontal, temporo-parietal and occipito-temporal regions bilaterally, with differences in activation patterns for the lexical and the phonological reading pathways. Most studies have resorted to silent reading tasks that do not allow researchers to assess the performance of the participants. In the first study in this dissertation, we determined the language tasks and characteristics of the stimuli that influenced epileptic activity in a patient with primary reading epilepsy. The results confirmed that reading was the language task responsible for triggering most of the epileptic activity in this patient. More specifically, spike frequency was significantly higher when the patient read the stimuli by resorting to the grapheme-to-phoneme conversion mechanisms. The electroencephalography (EEG) recordings revealed that spikes were located in the left precentral gyrus for both reading pathways. The second study aimed at developing and validating a protocol using near-infrared spectroscopy (NIRS) to investigate the neural correlates of reading aloud in competent readers. Twelve adults without reading impairments or neurological disorders read aloud irregular words and nonwords during NIRS recordings. The results showed that irregular word and nonword reading involved common bilateral cerebral regions that included the inferior frontal gyrus, the premotor and motor gyri, the somatosensory supplementary cortex, the middle and superior temporal gyri, the supramarginal gyrus, the angular gyrus, and the visual cortex. The total hemoglobin concentrations (HbT) measured in the bilateral inferior frontal gyri were higher when participants read nonwords than when they read irregular words. This finding indicates that the inferior frontal gyri play a role in the grapheme-to-phoneme conversion mechanism, mostly involved in the phonological reading pathway. This study confirms the potential of NIRS in investigating the neural correlates of the two reading pathways. A significant outcome of this dissertation is that NIRS constitutes an excellent technique in studying reading aloud. Further NIRS investigations in reading should help determine the neural correlates of reading in children and adults with developmental and acquired dyslexia.

Pour la plupart des gens, la lecture est une activité automatique, inhérente à leur vie quotidienne et ne demandant que peu d’effort. Chez les individus souffrant d’épilepsie réflexe à la lecture, le simple fait de lire déclenche des crises épileptiques et les personnes doivent alors renoncer à la lecture. Les facteurs responsables du déclenchement de l’activité épileptique dans l’épilepsie réflexe à la lecture demeurent encore mal définis. Certains auteurs suggèrent que le nombre ainsi que la localisation des pointes épileptiques seraient en lien avec la voie de lecture impliquée. Des études en imagerie cérébrale, menées auprès de populations sans trouble neurologique, ont dévoilé que la lecture active un réseau étendu incluant les cortex frontaux, temporo-pariétaux et occipito-temporaux bilatéralement avec des différences dans les patrons d’activation pour les voies de lecture lexicale et phonologique. La majorité des études ont eu recours à des tâches de lecture silencieuse qui ne permettent pas d'évaluer la performance des participants. Dans la première étude de cette thèse, qui porte sur une étude de cas d'un patient avec épilepsie réflexe à la lecture, nous avons déterminé les tâches langagières et les caractéristiques des stimuli qui influencent l'activité épileptique. Les résultats ont confirmé que la lecture était la principale tâche responsable du déclenchement de l’activité épileptique chez ce patient. En particulier, la fréquence des pointes épileptiques était significativement plus élevée lorsque le patient avait recours au processus de conversion grapho-phonémique. Les enregistrements électroencéphalographiques (EEG) ont révélé que les pointes épileptiques étaient localisées dans le gyrus précentral gauche, indépendamment de la voie de lecture. La seconde étude avait comme objectif de valider un protocole de lecture à voix haute ayant recours à la spectroscopie près du spectre de l’infrarouge (SPIR) pour investiguer les circuits neuronaux qui sous-tendent la lecture chez les normo-lecteurs. Douze participants neurologiquement sains ont lu à voix haute des mots irréguliers et des non-mots lors d’enregistrements en SPIR. Les résultats ont montré que la lecture des deux types de stimuli impliquait des régions cérébrales bilatérales communes incluant le gyrus frontal inférieur, le gyrus prémoteur et moteur, le cortex somatosensoriel associatif, le gyrus temporal moyen et supérieur, le gyrus supramarginal, le gyrus angulaire et le cortex visuel. Les concentrations totales d’hémoglobine (HbT) dans les gyri frontaux inférieurs bilatéraux étaient plus élevées dans la lecture des non-mots que dans celle des mots irréguliers. Ce résultat suggère que le gyrus frontal inférieur joue un rôle dans la conversion grapho-phonémique, qui caractérise la voie de lecture phonologique. Cette étude a confirmé le potentiel de la SPIR pour l’investigation des corrélats neuronaux des deux voies de lecture. Une des retombées importantes de cette thèse consiste en l’utilisation du protocole de lecture en SPIR pour investiguer les troubles de la lecture. Ces investigations pourraient aider à mieux établir les liens entre le fonctionnement cérébral et la lecture dans les dyslexies développementales et acquises. / For most people, reading is a smooth, automatic activity that is part of their everyday life. For individuals suffering from reflex reading epilepsy, this simple activity triggers seizures and these individuals have no other alternatives than to stop reading. The factors responsible for triggering epileptic activity in reflex reading epilepsy remain unspecified. Some authors suggest that the number and the localization of spikes would vary according to the reading pathway. Cerebral imaging studies conducted in populations without neurological disorders have revealed that reading involves an extensive cerebral network including the frontal, temporo-parietal and occipito-temporal regions bilaterally, with differences in activation patterns for the lexical and the phonological reading pathways. Most studies have resorted to silent reading tasks that do not allow researchers to assess the performance of the participants. In the first study in this dissertation, we determined the language tasks and characteristics of the stimuli that influenced epileptic activity in a patient with primary reading epilepsy. The results confirmed that reading was the language task responsible for triggering most of the epileptic activity in this patient. More specifically, spike frequency was significantly higher when the patient read the stimuli by resorting to the grapheme-to-phoneme conversion mechanisms. The electroencephalography (EEG) recordings revealed that spikes were located in the left precentral gyrus for both reading pathways. The second study aimed at developing and validating a protocol using near-infrared spectroscopy (NIRS) to investigate the neural correlates of reading aloud in competent readers. Twelve adults without reading impairments or neurological disorders read aloud irregular words and nonwords during NIRS recordings. The results showed that irregular word and nonword reading involved common bilateral cerebral regions that included the inferior frontal gyrus, the premotor and motor gyri, the somatosensory supplementary cortex, the middle and superior temporal gyri, the supramarginal gyrus, the angular gyrus, and the visual cortex. The total hemoglobin concentrations (HbT) measured in the bilateral inferior frontal gyri were higher when participants read nonwords than when they read irregular words. This finding indicates that the inferior frontal gyri play a role in the grapheme-to-phoneme conversion mechanism, mostly involved in the phonological reading pathway. This study confirms the potential of NIRS in investigating the neural correlates of the two reading pathways. A significant outcome of this dissertation is that NIRS constitutes an excellent technique in studying reading aloud. Further NIRS investigations in reading should help determine the neural correlates of reading in children and adults with developmental and acquired dyslexia.