Dans ce mémoire, l’effet de la douleur expérimentale tonique sur l’acquisition et la rétention motrice a été évalué durant l’apprentissage d’une tâche d’atteinte perturbée par un champ de force. Deux variables ont été utilisées pour caractériser l’apprentissage moteur chez les deux groupes étudiés (Contrôle et Douleur) : (1) l’erreur cinématique moyenne, qui reflète la performance globale pendant la tâche; et (2) l’angle de déviation initiale, un indicateur des stratégies motrices anticipatoires. Nos résultats démontrent que la présence de douleur n’affecte pas la performance globale pendant les phases d’acquisition et de rétention motrices. Toutefois, les changements dans stratégies anticipatoires observées en début de mouvement sont augmentés en présence de douleur, et perdurent lors de l’évaluation de la rétention (jour 2) même si aucune douleur n’est présente. En conclusion, notre projet de recherche démontre la pertinence d’étudier l’effet de la douleur durant l’apprentissage moteur particulièrement pour les patients en réadaptation. / This master’s thesis is on the effect of tonic experimental pain on motor acquisition and retention while learning to reach in a force field. Two variables were used to characterize motor learning for Control and Pain groups; (1) the mean kinematic error associated to the global performance and (2) the initial angle of deviation, indicator of motor planning. Our results showed that tonic pain did not affect global performance during both acquisition and retention phases. However, the change in the anticipatory response in the feedforward component of the movement was increased. Interestingly, this behaviour was maintained on Day 2, despite the fact that no pain was then present. In conclusion, our work supports the importance of understanding the effect of pain on motor learning for patients in pain during their rehabilitation.

Tableau d'honneur de la Faculté des études supérieures et postdoctorales, 2016-2017 / Introduction : Une proportion importante des individus ayant recours à des services de réadaptation physique vit avec de la douleur et des incapacités locomotrices. Plusieurs interventions proposées par les professionnels de la réadaptation afin de cibler leurs difficultés locomotrices nécessitent des apprentissages moteurs. Toutefois, très peu d’études ont évalué l’influence de la douleur sur l’apprentissage moteur et aucune n’a ciblé l’apprentissage d’une nouvelle tâche locomotrice. L’objectif de la thèse était d’évaluer l’influence de stimulations nociceptives cutanée et musculaire sur l’acquisition et la rétention d’une adaptation locomotrice. Méthodologie : Des individus en santé ont participé à des séances de laboratoire lors de deux journées consécutives. Lors de chaque séance, les participants devaient apprendre à marcher le plus normalement possible en présence d’un champ de force perturbant les mouvements de leur cheville, produit par une orthèse robotisée. La première journée permettait d’évaluer le comportement des participants lors de la phase d’acquisition de l’apprentissage. La seconde journée permettait d’évaluer leur rétention. Selon le groupe expérimental, l’apprentissage se faisait en présence d’une stimulation nociceptive cutanée, musculaire ou d’aucune stimulation (groupe contrôle). Initialement, l’application du champ de force provoquait d’importantes déviations des mouvements de la cheville (i.e. erreurs de mouvement), que les participants apprenaient graduellement à réduire en compensant activement la perturbation. L’erreur de mouvement moyenne durant la phase d’oscillation (en valeur absolue) a été quantifiée comme indicateur de performance. Une analyse plus approfondie des erreurs de mouvement et de l’activité musculaire a permis d’évaluer les stratégies motrices employées par les participants. Résultats : Les stimulations nociceptives n’ont pas affecté la performance lors de la phase d’acquisition de l’apprentissage moteur. Cependant, en présence de douleur, les erreurs de mouvement résiduelles se trouvaient plus tard dans la phase d’oscillation, suggérant l’utilisation d’une stratégie motrice moins anticipatoire que pour le groupe contrôle. Pour le groupe douleur musculaire, cette stratégie était associée à une activation précoce du muscle tibial antérieur réduite. La présence de douleur cutanée au Jour 1 interférait avec la performance des participants au Jour 2, lorsque le test de rétention était effectué en absence de douleur. Cet effet n’était pas observé lorsque la stimulation nociceptive cutanée était appliquée les deux jours, ou lorsque la douleur au Jour 1 était d’origine musculaire. Conclusion : Les résultats de cette thèse démontrent que dans certaines circonstances la douleur peut influencer de façon importante la performance lors d’un test de rétention d’une adaptation locomotrice, malgré une performance normale lors de la phase d’acquisition. Cet effet, observé uniquement avec la douleur cutanée, semble cependant plus lié au changement de contexte entre l’acquisition des habiletés motrices et le test de rétention (avec vs. sans douleur) qu’à une interférence directe avec la consolidation des habiletés motrices. Par ailleurs, malgré l’absence d’influence de la douleur sur la performance des participants lors de la phase d’acquisition de l’apprentissage, les stratégies motrices utilisées par ceux-ci étaient différentes de celles employées par le groupe contrôle. / Introduction: A large proportion of individuals undergoing physical rehabilitation live with concurrent pain and locomotor disabilities. Many rehabilitation interventions targeting these locomotor disabilities are based on motor learning principles. However, very few studies have assessed the effect of pain on motor learning and none has targeted locomotor learning. The objective of this thesis was to evaluate the effect of cutaneous and muscular nociceptive stimulations on the acquisition and retention of a locomotor adaptation. Methods: Healthy individuals participated in laboratory sessions on two consecutive days. On each day, participants had to learn to walk as normally as possible while a robotized ankle-foot orthosis systematically applied a force field perturbing their ankle movements. Day 1 allowed the quantification of participants’ behaviour during the acquisition phase of motor learning. Day 2 tested retention. A cutaneous or muscular nociceptive stimulation, or no stimulation (Control group) was applied to participants during one or both learning sessions as a function of the group they were assigned to. Initially, the force field caused large deviations of participants’ ankle movements (i.e. movement errors). After walking several strides with the perturbation, participants learned to overcome it, thereby reducing movement errors. The mean absolute movement error during swing was calculated to assess participants’ performance. Detailed analysis of movement errors combined with muscle activity allowed to quantify the motor strategies employed. Results: Pain did not interfere with motor performance during the acquisition phase of motor learning. However, movement errors occurred later in the swing phase in the presence of pain, suggesting a reduction in anticipatory strategy compared to controls. For the muscle pain group, this change in strategy was associated with a reduced early activation of the Tibialis Anterior muscle. Furthermore, the presence of cutaneous pain on Day 1 interfered with participants’ performance on Day 2, when the retention test was performed in the absence of pain. However, this effect was not observed if cutaneous pain was applied on both days or if Day 1 pain was muscular. Conclusions: Results obtained showed that under particular circumstances, pain can greatly influence participants’ performance during a retention test, despite apparently normal performance during the acquisition phase of learning. This finding, observed only for cutaneous pain, appears to be more related to the change in context between the acquisition of motor skills and the retention test (pain vs no pain) than to a direct interference with the consolidation processes. Moreover, despite the fact that pain had no effect on motor performance during the acquisition phase of motor learning, motor strategies used by participants were modified when compared to controls.

Introduction : Le contrôle moteur est un phénomène grandement étudié en recherche et fréquemment évalué en réadaptation physique à la suite d'une blessure musculosquelettique, car cela permet de comprendre les relations entre l'individu, la tâche et l'environnement dans le but de produire un mouvement précis et bien contrôlé. Son évaluation permet de mettre en évidence l'intégration des informations somatosensorielles pertinentes (comme la proprioception), la planification et l'exécution d'un mouvement précis dans un environnement en particulier. Cependant, l'intégration d'une grande variété d'informations sensorielles à plusieurs niveaux du système nerveux a le potentiel d'être altérée par la présence de perturbateurs, comme la douleur. Il est d'ailleurs connu qu'en présence de douleurs chroniques, le contrôle moteur et la proprioception sont altérés. En contrepartie, très peu de littérature est disponible pour démontrer cette interaction en présence d'une douleur aigüe, comme lors d'une blessure musculosquelettique récente. Il semble réaliste de supposer qu'il en est de même avec la douleur aigüe. Pour évaluer cette possible interaction contrôle moteur-douleur, l'entorse de cheville a été choisie comme modèle de blessure musculosquelettique dans la présente thèse. L'entorse de cheville est une blessure très fréquente, présentant un haut taux de chronicisation et pouvant mener à de la douleur chronique à la cheville. D'ailleurs, lors de la réadaptation, des tests de contrôle sensorimoteur et/ou de proprioception sont utilisés pour assurer le suivi de l'entorse. Cependant, les tests utilisés en physiothérapie ont principalement été développés avec des populations sans entorse ou ayant des instabilités chroniques à la cheville. Il n'y a donc pas d'évidence scientifique supportant l'utilisation de ces tests en présence d'une douleur aigüe. De plus, l'effet de ce type de douleur sur le contrôle moteur et la proprioception de la cheville n'est pas connu. Le but général de cette thèse doctorale est donc de déterminer l'impact d'une douleur expérimentale aigüe sur le contrôle moteur et la proprioception à la cheville. Pour ce faire, quatre études ont été réalisées dans l'optique de tester les hypothèses selon lesquelles la présence d'une douleur aigüe augmente le seuil proprioceptif (altération négative de la proprioception) et diminue la performance lors de gestes fonctionnels (la marche) et lors de tests cliniques évaluant le contrôle moteur (le Y-Balance Test). Méthodologie : Un modèle de douleur expérimentale de type musculosquelettique a été développé (étude 1) en utilisant une stimulation électrique nociceptive. Seize participants sains ont été recrutés pour marcher en présence de ce modèle pour déterminer s'il permet de générer des adaptations locomotrices similaires à ce qui est observé chez des patients ayant une douleur musculosquelettique. Puis, une revue de littérature incluant 79 articles a été effectuée (étude 2) pour déterminer quels tests présentent les meilleures qualités métrologiques pour évaluer le contrôle moteur et la proprioception à la suite d'une entorse de cheville. Pour ce qui est de l'étude 3, 36 participants ont été recrutés pour effectuer, à deux reprises, un test de proprioception effectué durant la marche. Les participants ont été divisés en trois groupes : (1) Contrôle, qui a complété les deux évaluations sans douleur, (2) Groupe stimulation électrique non douloureuse et (3) Groupe stimulation électrique nociceptive. Le seuil proprioceptif des deux évaluations a été comparé pour chaque participant, soit le seuil dans la condition de base et celui dans la condition spécifique au groupe. Finalement, lors de l'étude 4, 48 participants ont complété à deux reprises le Y-Balance Test, un test clinique de contrôle moteur, pour comparer leur performance en fonction de leur groupe (Contrôle, Stimulation non douloureuse ou Douleur). La performance au test, évaluant le contrôle moteur, a été comparée entre la première exécution en condition contrôle et la deuxième exécution spécifique au groupe. Conclusion : Les résultats de cette thèse ont permis de démontrer qu'une stimulation électrique nociceptive à la cheville peut causer une douleur aigüe partageant des similarités avec une blessure musculosquelettique. De plus, il a été possible de démontrer que cette stimulation peut altérer la proprioception lors d'un geste fonctionnel, ainsi que le contrôle moteur à la cheville durant un test identifié comme étant le meilleur test clinique pour les entorses de cheville. Cliniquement, ceci suggère qu'une interprétation adéquate des résultats des tests doit tenir compte de l'effet perturbateur que peut avoir une douleur aigüe sur le résultat obtenu. / Introduction: Motor control is a concept that is widely studied in research and frequently evaluated in rehabilitation following musculoskeletal injury, as it highlights the relationship between the individual, the task and the environment to produce a precise and controlled movement. Its evaluation requires a timely integration of relevant somatosensory information (such as proprioception), the planning and execution of a precise movement in a particular environment. However, the integration of a wide variety of information at multiple levels of the nervous system for optimal motor control has the potential to be altered by the presence of a disruptive information such as pain. It is known that in the presence of chronic pain, motor control and proprioception are altered. However, very little literature is available to demonstrate this interaction in the presence of acute pain following musculoskeletal injury. However, it seems realistic to assume that the interaction is still present with acute pain. To evaluate this possible motor control-pain interaction, ankle sprain was chosen as a model of musculoskeletal injury. Indeed, ankle sprains are very frequent injuries, with a high rate of chronicization andcan lead to chronic ankle pain. Several motor control and proprioception tests have been developed to monitor the sprain during rehabilitation. However, the tests used in physiotherapy were mainly developed with populations without actual sprains or with chronic ankle instability. Therefore, no evidence supports the use of these tests in the presence of acute pain, especially since the effect of this type of pain on motor control and proprioception at the ankle is not known. The main goal of this Ph.D. thesis is therefore to determine the impact of acute experimental pain on ankle motor control and proprioception. Four studies were conducted to test the hypotheses that the presence of acute pain increases proprioceptive threshold (negative alteration of proprioception) and decreases performance on a motor control test frequently used in clinics. Methods: To test these hypotheses, an experimental musculoskeletal-like pain model was developed (Study 1) using a nociceptive electrical stimulation. Sixteen healthy participants were recruited to walk in the presence of the pain model to assess potential locomotor adaptations similar to those observed in patients with musculoskeletal pain. Then, a systematic review including 79 articles was performed (Study 2) to determine which tests have the best psychometric properties to assess motor control and proprioception following ankle sprains. Regarding Study 3, 36 participants were recruited to perform a proprioception test twice while walking. Participants were divided into three groups: (1) Control group, which completed both assessments without pain, (2) Group with non-painful electrical stimulation and (3) Nociceptive electrical stimulation group. Proprioceptive threshold was compared for each participant between the two assessments, i.e. threshold during baseline condition and during "group-specific" condition. Finally, in Study 4, 48 participants completed the Y-Balance Test, a clinical motor control test, twice. Test performance, assessing motor control, was compared between the first performance during baseline condition and the second "group-specific" performance (Control, Non-painful stimulation or Pain). Conclusion: The results of this thesis demonstrate that nociceptive electrical stimulation at the ankle can generate an acute pain that shares similarities with musculoskeletal injury. Furthermore, it was possible to demonstrate that acute nociceptive electrical stimulation can alter proprioception during a functional movement and alter motor control at the ankle during a test identified as the best clinical test for ankle sprains. Clinically, this suggests that accurate interpretation of test results must take into account the disruptive effect that acute pain can have on proprioception and on motor control.

Introduction : Le contrôle moteur est un phénomène grandement étudié en recherche et fréquemment évalué en réadaptation physique à la suite d'une blessure musculosquelettique, car cela permet de comprendre les relations entre l'individu, la tâche et l'environnement dans le but de produire un mouvement précis et bien contrôlé. Son évaluation permet de mettre en évidence l'intégration des informations somatosensorielles pertinentes (comme la proprioception), la planification et l'exécution d'un mouvement précis dans un environnement en particulier. Cependant, l'intégration d'une grande variété d'informations sensorielles à plusieurs niveaux du système nerveux a le potentiel d'être altérée par la présence de perturbateurs, comme la douleur. Il est d'ailleurs connu qu'en présence de douleurs chroniques, le contrôle moteur et la proprioception sont altérés. En contrepartie, très peu de littérature est disponible pour démontrer cette interaction en présence d'une douleur aigüe, comme lors d'une blessure musculosquelettique récente. Il semble réaliste de supposer qu'il en est de même avec la douleur aigüe. Pour évaluer cette possible interaction contrôle moteur-douleur, l'entorse de cheville a été choisie comme modèle de blessure musculosquelettique dans la présente thèse. L'entorse de cheville est une blessure très fréquente, présentant un haut taux de chronicisation et pouvant mener à de la douleur chronique à la cheville. D'ailleurs, lors de la réadaptation, des tests de contrôle sensorimoteur et/ou de proprioception sont utilisés pour assurer le suivi de l'entorse. Cependant, les tests utilisés en physiothérapie ont principalement été développés avec des populations sans entorse ou ayant des instabilités chroniques à la cheville. Il n'y a donc pas d'évidence scientifique supportant l'utilisation de ces tests en présence d'une douleur aigüe. De plus, l'effet de ce type de douleur sur le contrôle moteur et la proprioception de la cheville n'est pas connu. Le but général de cette thèse doctorale est donc de déterminer l'impact d'une douleur expérimentale aigüe sur le contrôle moteur et la proprioception à la cheville. Pour ce faire, quatre études ont été réalisées dans l'optique de tester les hypothèses selon lesquelles la présence d'une douleur aigüe augmente le seuil proprioceptif (altération négative de la proprioception) et diminue la performance lors de gestes fonctionnels (la marche) et lors de tests cliniques évaluant le contrôle moteur (le Y-Balance Test). Méthodologie : Un modèle de douleur expérimentale de type musculosquelettique a été développé (étude 1) en utilisant une stimulation électrique nociceptive. Seize participants sains ont été recrutés pour marcher en présence de ce modèle pour déterminer s'il permet de générer des adaptations locomotrices similaires à ce qui est observé chez des patients ayant une douleur musculosquelettique. Puis, une revue de littérature incluant 79 articles a été effectuée (étude 2) pour déterminer quels tests présentent les meilleures qualités métrologiques pour évaluer le contrôle moteur et la proprioception à la suite d'une entorse de cheville. Pour ce qui est de l'étude 3, 36 participants ont été recrutés pour effectuer, à deux reprises, un test de proprioception effectué durant la marche. Les participants ont été divisés en trois groupes : (1) Contrôle, qui a complété les deux évaluations sans douleur, (2) Groupe stimulation électrique non douloureuse et (3) Groupe stimulation électrique nociceptive. Le seuil proprioceptif des deux évaluations a été comparé pour chaque participant, soit le seuil dans la condition de base et celui dans la condition spécifique au groupe. Finalement, lors de l'étude 4, 48 participants ont complété à deux reprises le Y-Balance Test, un test clinique de contrôle moteur, pour comparer leur performance en fonction de leur groupe (Contrôle, Stimulation non douloureuse ou Douleur). La performance au test, évaluant le contrôle moteur, a été comparée entre la première exécution en condition contrôle et la deuxième exécution spécifique au groupe. Conclusion : Les résultats de cette thèse ont permis de démontrer qu'une stimulation électrique nociceptive à la cheville peut causer une douleur aigüe partageant des similarités avec une blessure musculosquelettique. De plus, il a été possible de démontrer que cette stimulation peut altérer la proprioception lors d'un geste fonctionnel, ainsi que le contrôle moteur à la cheville durant un test identifié comme étant le meilleur test clinique pour les entorses de cheville. Cliniquement, ceci suggère qu'une interprétation adéquate des résultats des tests doit tenir compte de l'effet perturbateur que peut avoir une douleur aigüe sur le résultat obtenu. / Introduction: Motor control is a concept that is widely studied in research and frequently evaluated in rehabilitation following musculoskeletal injury, as it highlights the relationship between the individual, the task and the environment to produce a precise and controlled movement. Its evaluation requires a timely integration of relevant somatosensory information (such as proprioception), the planning and execution of a precise movement in a particular environment. However, the integration of a wide variety of information at multiple levels of the nervous system for optimal motor control has the potential to be altered by the presence of a disruptive information such as pain. It is known that in the presence of chronic pain, motor control and proprioception are altered. However, very little literature is available to demonstrate this interaction in the presence of acute pain following musculoskeletal injury. However, it seems realistic to assume that the interaction is still present with acute pain. To evaluate this possible motor control-pain interaction, ankle sprain was chosen as a model of musculoskeletal injury. Indeed, ankle sprains are very frequent injuries, with a high rate of chronicization andcan lead to chronic ankle pain. Several motor control and proprioception tests have been developed to monitor the sprain during rehabilitation. However, the tests used in physiotherapy were mainly developed with populations without actual sprains or with chronic ankle instability. Therefore, no evidence supports the use of these tests in the presence of acute pain, especially since the effect of this type of pain on motor control and proprioception at the ankle is not known. The main goal of this Ph.D. thesis is therefore to determine the impact of acute experimental pain on ankle motor control and proprioception. Four studies were conducted to test the hypotheses that the presence of acute pain increases proprioceptive threshold (negative alteration of proprioception) and decreases performance on a motor control test frequently used in clinics. Methods: To test these hypotheses, an experimental musculoskeletal-like pain model was developed (Study 1) using a nociceptive electrical stimulation. Sixteen healthy participants were recruited to walk in the presence of the pain model to assess potential locomotor adaptations similar to those observed in patients with musculoskeletal pain. Then, a systematic review including 79 articles was performed (Study 2) to determine which tests have the best psychometric properties to assess motor control and proprioception following ankle sprains. Regarding Study 3, 36 participants were recruited to perform a proprioception test twice while walking. Participants were divided into three groups: (1) Control group, which completed both assessments without pain, (2) Group with non-painful electrical stimulation and (3) Nociceptive electrical stimulation group. Proprioceptive threshold was compared for each participant between the two assessments, i.e. threshold during baseline condition and during "group-specific" condition. Finally, in Study 4, 48 participants completed the Y-Balance Test, a clinical motor control test, twice. Test performance, assessing motor control, was compared between the first performance during baseline condition and the second "group-specific" performance (Control, Non-painful stimulation or Pain). Conclusion: The results of this thesis demonstrate that nociceptive electrical stimulation at the ankle can generate an acute pain that shares similarities with musculoskeletal injury. Furthermore, it was possible to demonstrate that acute nociceptive electrical stimulation can alter proprioception during a functional movement and alter motor control at the ankle during a test identified as the best clinical test for ankle sprains. Clinically, this suggests that accurate interpretation of test results must take into account the disruptive effect that acute pain can have on proprioception and on motor control.

Les douleurs neuropathiques sont une maladie qui a une forte prévalence dans notre société et malgré ceci leurs traitements sont généralement décevants. La cause principale de l'échec de notre pharmacologie moderne dans ce domaine est notre manque de connaissances sur le fonctionnement du système douloureux. Dans cette thèse, je me suis concentré sur un aspect de cette lacune : comment l'information nociceptive est-elle encodée par la moelle épinière avant d'être relayée au cerveau et comment cet encodage est-il altéré dans les douleurs neuropathiques ? Nos résultats démontrent qu'il y a deux types de neurones de projection spinothalamique (STT) qui encodent l'information nociceptive: les « wide dynamic range » (WDR) et les nociceptifs spécifiques (NS). Suite au développement des douleurs neuropathiques, seul le seuil d'activation des NS est altéré. Grâce à cette caractérisation, il est possible de tester plusieurs pharmacologies afin de cibler les mécanismes potentiellement impliqués dans le développement des douleurs neuropathiques. Nous avons démontré que lorsque l'on bloque les canaux GABAA et/ou glycine, on génère une diminution du seuil d'activation des NS-STT. Ces résultats confirment donc la participation de ces deux mécanismes inhibiteurs dans le développement de la pathologie. À l'inverse, nous avons aussi démontré que l'utilisation d'un nouveau composé, le CLP 257 (un activateur du KCC2), pouvait renverser l'hypersensibilisation dans notre modèle de douleurs neuropathiques en ramenant le seuil d'activation des NS à des valeurs physiologiques. Une autre avenue de traitement intéressante serait de cibler directement les NS de projection et de normaliser leur réponse plutôt que de tenter de décortiquer chacun des changements survenant dans la moelle. Par contre, pour ce faire, il nous faut les identifier et déterminer s'ils ont des cibles pharmacologiques qui leur sont spécifiques. Certains outils doivent donc être mis en place. Nous avons créé une microsonde permettant de photoconvertir un marqueur fluorescent dans les cellules enregistrées pour les retrouver à postériori. L'ensemble des résultats de cette thèse améliore notre compréhension du système douloureux, oriente les recherches futures sur le traitement des douleurs chroniques et apporte de nouvelles technologies de recherche. / Neuropathic pain is a disease with a high prevalence in our society and despite this our treatments are generally disappointing at best. One of the main causes of the failure of our modern pharmacology for this treatment is our lack of understanding of how the pain system works. In this thesis I focused on one of these gaps: how nociceptive information is encoded by the spinal cord before being relayed to the brain and how this encoding is altered in neuropathic pain? Our results show that there are two types of projection neurons spinothalamic (STT) that encode nociceptive information: the wide dynamic range (WDR) and nociceptive specific (NS). Following the development of neuropathic pain only the activation threshold of the NS is altered. With this characterization, it is possible to test several drugs to target potential mechanisms involved in the development of neuropathic pain. We have demonstrated that the block of GABAA and/or glycine inhibitory channels decrease the activation threshold of NS-STT. These results confirm the involvement of these two inhibitory mechanisms in the development of this disease. On the other hand we have also demonstrated that the use of a new compound named CLP 257, an activator of KCC2, could reverse the hypersensitivity in our model of neuropathic pain by reducing the activation threshold of the NS-STT to physiological values. Another potential avenue of treatment, rather than trying to dissect each change in the spinal cord, would be to directly target NS-STT and normalize their response. To do so, we must first identify them and determine if they have specific pharmacological targets and to do this some tools had to be developed. For this reason among others, we have created a microprobe which allows us to photoswitch fluorescently labeled cells after their electrophysiological recording to recover them afterwards. The overall results of this thesis improve our understanding of the pain system, direct future research on the treatment of chronic pain and bring new research technologies.

INTRODUCTION : Les interventions prescrites en lombalgie chronique (LC) ont un effet modeste sur la douleur. Afin d’optimiser l’efficacité des traitements et diminuer l’hétérogénéité de la population LC, la stratification basée sur les mécanismes de la douleur a été proposée : une douleur nociceptive résulte de l’activation des nocicepteurs alors qu’une douleur nociplastique est caractérisée par une nociception altérée. Les exercices entraînent une diminution de sensibilité à la douleur chez les individus en santé (hypoalgésie induite par l’exercice [HIE]). Considérant que de multiples mécanismes centraux interviennent dans l’HIE et que ces mêmes mécanismes semblent fonctionner différemment chez les sous-groupes de LC (nociceptif versus nociplastique), il est possible que les sous groupes nociceptive et nociplastique présentent des réponses différentes à l’exercice. OBJECTIF : Déterminer l’effet d’exercice sur la modulation de la sensibilité à la douleur chez différents sous-groupes d’individus souffrant de LC. MÉTHODOLOGIE : Vingt-neuf adultes présentant une LC et 24 sujets sains ont été recrutés. Trois physiothérapeutes ont procédé à la stratification basée sur les mécanismes des sujets LC selon l’évaluation clinique. Tous les sujets ont réalisé des exercices isométriques du poignet et du bas du dos. Les seuils de douleur à la pression localement au dos et à distance ont été évalués pré/post-exercice et le pourcentage de changement représentait la magnitude de l’HIE. RÉSULTATS : Seize sujets ont été attribués au sous-groupe LC nociceptive et 12 ont été classifiés LC mixte (composantes dominantes nociceptive et nociplastique) en l’absence de consensus entre les évaluateurs. Une réduction de l’HIE a été observée chez le sous groupe mixte en comparaison avec le groupe contrôle. Aucune différence n’a été observée entre les sous-groupes LC. CONCLUSION : La diminution d’HIE chez le sous-groupe LC mixte comparativement au groupe contrôle suggère un processus de modulation de la douleur en réponse à l’exercice altéré. / BACKGROUND: Research in chronic low back pain (CLBP) shows modest effect of available treatments. In order to achieve better treatment results and reduce heterogeneity of CLBP population, mechanism-based stratified care has been proposed: a nociceptive pain results essentially from the activation of nociceptors where as a nociplastic pain is characterized by an altered nociception. Exercises induce a reduction in pain sensitivity, known as the paradigm of exercise-induced hypoalgesia (EIH). Considering that EIH involved multiple central mechanisms and that these same mechanisms seems to function differently in subgroups of CLBP (nociceptive vs. nociplastic), individuals with CLBP presenting predominant nociplastic and nociceptive pains may respond differently to exercise. OBJECTIVE: To determine the effect of exercises on the modulation of pain sensitivity in different subgroups of individuals presenting CLBP. METHODS: Twenty-nine adults with CLBP and 24 healthy controls (HC) were recruited. Three physiotherapists proceeded to mechanism-based stratification of CLBP participants from clinical evaluation. Each participant performed isometric exercises of the wrist and the back. Pressure pain thresholds were assessed locally at the back and remotely pre/post-exercise and the percentage of change was calculated as the EIH magnitude. RESULTS: Sixteen participants were allocated to the nociceptive CLBP subgroup and 12 were classified as mixed pain (nociceptive/nociplastic) in the absence of consensus amongst physiotherapists. A significant reduction of EIH was observed in the mixed subgroup when compared to HC. No EIH difference was detected between the two CLBP subgroups. CONCLUSION: The significant reduction of EIH in the mixed CLBP subgroup suggests an altered pain modulation process in response to exercise in this subgroup.

La douleur ainsi que l’apprentissage moteur sont deux éléments importants à considérer en contexte de réadaptation. Même s’ils sont souvent abordés de manière isolée, des interactions ont été identifiées entre ces deux phénomènes. En effet, de nombreuses études montrent que les exercices de réadaptation musculaire pourraient réduire le développement de douleur pathologique. D’autre part, il semble que l’activité nociceptive pourrait altérer la plasticité du système moteur, une composante essentielle dans l’apprentissage d’une tâche motrice. Des recherches récentes ont aussi montré que la douleur pouvait interférer avec la plasticité du système moteur, même après que les signaux de douleurs se soient dissipés. Toutefois, ces observations ont été faites chez l’animal à la suite d’une lésion de la moelle épinière. De ce fait, la compréhension de cette interaction entre le système nociceptif et la plasticité motrice est assez limitée. Dans ce mémoire, l’effet d’un épisode de douleur passé sur la capacité d’apprentissage d’une tâche motrice a été évalué, chez le rat intact. Pour ce faire, nous avons élaboré une tâche dans laquelle les rats devaient apprendre à se déplacer d’un côté à l’autre d’un couloir sur des barres métalliques dont l’espacement pouvait être modifié. L’injection de substances inflammatoires à différentes durées d’action a permis d’identifier l’impact d’un épisode de douleur récent sur la capacité d’apprentissage d’une tâche motrice. Nos résultats montrent que, tout comme chez l’animal ayant une lésion de la moelle épinière, la douleur peut interférer avec l’apprentissage d’une tâche motrice même lorsque le système nerveux est intact. De plus, il semble que les déficits d'apprentissage moteur puissent également être influencés par la durée de l'épisode douloureuse antérieure. / Pain and motor learning are two important elements in rehabilitation context. Despite being mostly studied independently, important interactions exist between them in the context of spinal cord injury. Indeed, many studies show that rehabilitation exercises could reduce the development of pathological pain. On the other hand, it seems that the nociceptive activity could alter motor system plasticity. Recent studies have also shown that pain can interfere with motor plasticity, even when the acute pain signals have dissipated. However, these observations have mostly been made in animals following a spinal cord injury. As a result, this interaction between the nociceptive system and motor plasticity is poorly understood. In this master’s thesis, the effect of a prior pain episode on the motor learning ability was evaluated in neurologically intact rats. To do this, we trained rodents to walk on a custommade horizontal ladder. After initial training, the rats underwent a week-long rest, during which they were randomly assigned to a control group, or one out of two pain conditions. Nociceptive stimuli were then used to identify the impact of a prior pain episode on the motor learning ability. Our results show that pain can interfere with motor learning even in neurologically intact animals. Motor learning deficits also appear to be influenced by the duration of the previous pain episode. Taken together, these results suggest that previous pain episodes may negatively influence motor learning, and that the amplitude and duration of the learning disability is proportional to the duration of the prior pain episode.

La douleur peut exercer un effet inhibiteur sur l'excitabilité corticospinale. L'anticipation de la douleur et la douleur elle-même semblent également avoir des bases neuronales communes. Ce projet visait donc à caractériser l'effet de la douleur et de son anticipation sur l'excitabilité corticospinale. La stimulation magnétique transcrânienne a été utilisée pour mesurer l'excitabilité corticospinale chez 15 sujets sains. Cinq conditions expérimentales ont été testées à l'aide d'une thermode, soit une condition neutre, deux conditions d'anticipation (chaleur et douleur), ainsi que deux conditions d'application (chaleur et douleur). Seule la condition de douleur a produit une inhibition significative de la voie corticospinale. L'anticipation de la douleur n'a pas modifié de façon significative l'amplitude des réponses musculaires évoquées par la TMS. Le fait que la douleur faible et de courte durée puisse induire une inhibition motrice suggère que la douleur modérée peut interférer avec une fonction motrice optimale.

Les canaux sodiques dépendant du voltage jouent différents rôles dans la transmission des signaux nociceptifs. Ils participent notamment à la genèse et à la transmission de la douleur. De plus, leur modulation serait impliquée dans les douleurs pathologiques. L’objectif général de ma thèse était d’étudier les impacts de la modulation des canaux Na+ afin de comprendre les effets sur l’activité des neurones sensitifs. Cette recherche s’est orientée sur 3 axes principaux. Premièrement, nous avons étudié la synergie entre les canaux Na+ qui mènent aux différents profils électrophysiologiques des neurones. Nous avons observé que les différents canaux Na+ exprimés dans les neurones de petits diamètres des DRG confèrent des propriétés uniques à chacun des neurones. Le remodelage des canaux Na+ qui survient dans différents états pathologiques pourrait être responsable de l’hyperexcitabilité de ces neurones. Deuxièmement, nous avons exploré les effets du butamben sur les canaux sodiques. Cette molécule soulage les douleurs pathologiques liées au cancer durant plusieurs semaines sans effet secondaire. Nous avons observé que cette molécule inhibe efficacement les canaux Na+ exprimés dans les neurones périphériques expliquant partiellement ses effets anesthésiques. De plus, son affinité est plus grande pour les canaux présents au sein des neurones sensitifs périphériques (Nav1.7 et Nav1.8) que pour celui présent dans neurones moteurs (Nav1.6). Cette propriété participerait à la sélectivité du butamben pour l’anesthésie tout en limitant les effets secondaires. Finalement, nous avons étudié les effets sur les canaux Na+ de trois inhibiteurs sélectifs de la recapture de la sérotonine (SSRI) fréquemment utilisés pour traiter différentes douleurs pathologiques (fluoxétine, paroxétine et citalopram). Nous avons observé que les effets analgésiques de la paroxétine et de la fluoxétine pourraient en partie passer par l’inhibition des canaux Na+. C’est par ailleurs improbable pour le citalopram compte tenu de sa haute spécificité pour les transporteurs de la sérotonine. L’étude a permis une meilleure connaissance de l’impact des canaux Na+ sur l’excitabilité des neurones nociceptifs. Ces avancées permettent notamment de mieux appréhender les mécanismes soutenant l’effet anesthésique des molécules telles que les SSRI et le butamben. Finalement, ces connaissances apparaissent cruciales dans le développement de nouvelles stratégies thérapeutiques. / Voltage gated sodium channels (Na+ channel) play different roles in the transmission of nociceptive signals. They are partially responsible of the genesis and the transmission of the nociceptive action potentials. Moreover, their modulation could be involved in pathological pain. The aim of the study was to investigate the impact of the modulation of sodium channels to understand how it affects nociceptive peripheral neurons excitability. This research was conducted in three phase. First, we were interested in the synergy between the different Na+ channels leading to multiple electrophysiological profiles of neurons. We observed that the different Na+ channels expressed by the small dorsal root ganglion (DRG) neurons confer unique properties to these neurons. The remodeling which occurs in various pathological conditions may thus be responsible for the increased excitability of those neurons. Second, we explored the effects of butamben on sodium channels. This molecule relieves cancer pain for several weeks without side effects. We found that the drug effectively inhibits Na + channels expressed in peripheral neurons. This partially explains its anesthetic effects. Moreover, its affinity is greater for the channels present in peripheral sensory neurons (Nav1.7 and Nav1.8) than the one present in motor neurons (Nav1.6). This property contributes to the selectivity of butamben for analgesia and limits its secondary effects. Finally, we studied the effects on Na+ channels of three selective serotonin reuptake inhibitors (SSRI) commonly used in the treatment of various pathological pains (fluoxetine, paroxetine and citalopram). We observed that paroxetine and fluoxetine may partially contribute to the analgesia through the inhibition of Na+ channels. Citalopram is unlikely to provide anesthesia through this mechanism as it is very selective for serotonin transporter. The study provides a better understanding of the impact of Na+ channels on neuronal excitability of nociceptive neurons. These advances contribute to a better understanding of the mechanisms leading to anesthesia by drugs such as SSRIs and butamben. In conclusion, these findings bring fundamental knowledge in the development of new therapeutic strategies.

Cette recherche vise l'exploration du rôle de l'attention sur les processus perceptuels de la douleur. La réalisation de cet objectif passe par l'évaluation et la comparaison de l'efficacité des stratégies d'Attention aux aspects sensoriels de la douleur et de Distraction pour réduire l'intensité et l'inconfort générés par une douleur induite par la procédure de pression par l'eau froide chez des participants présentant une douleur lombaire chronique et des participants sans atteinte physique. Chaque groupe se compose de 41 volontaires âgés entre 18 et 65 ans. Les participants expérimentaux apparaissent moins tolérants à la douleur que les participants témoins, ce qui supporte la théorie de la généralisation du stimulus. Aucune différence n'est observée quant à l'efficacité des stratégies dans le groupe témoin tandis que l'Attention ressort comme moins efficace que la Distraction dans le groupe expérimental. Un schème cognitif de catastrophisation serait un médiateur d'importance du patron de réponse à la douleur.