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.

La douleur neuropathique suite à une lésion d'un nerf périphérique est une condition répandue pour laquelle aucun traitement efficace n'est disponible. Sans nier le rôle joué par les neurones au niveau du système nerveux central (SNC), des données récentes ont démontré la participation active des cellules gliales dans le développement de la douleur neuropathique. En effet, des études ont montré un rôle critique des cellules gliales dans l'initiation et la maintenance de l'hypersensibilité liée à la douleur. Cependant, les origines de ces cellules gliales activées et les déclencheurs de leur activation n'ont pas encore été élucidés. Nous avons démontré dans cette étude que suite à une blessure au nerf périphérique, causée par la ligation partielle du nerf sciatique, en plus des l'activation de microglies résidentes du SNC, les cellules hématogènes, macrophages/monocytes, infiltrent la moelle épiniere, prolifèrent et se différencient en microglies ramifiées. La signalisation entre la chimiokine "monocyte chemoattractant protein-1" (MCP-1, CCL2) et son récepteur CCR2 est critique dans l'activation des cellules microglials de la moelle épiniere. En effet, l'injection intrathécale de MCP-1 exogène entraine l'activation des microglies chez des souris sauvages, mais pas chez des souris déficientes en CCR2. De plus, un traitement avec un anticorps neutralisant dirigé contre MCP-1 a empêché l'infiltration de cellules microglials dérivées de la moelle osseuse (MDMO) dans la moelle épiniere après le dommage du nerf sciatique. En utilisant les souris CCR2 knock-out-sélectif dans la microglie résidente ou la MDMO, nous avons constaté que, bien que des souris CCR2 knock-out-total n'ont pas développé l'activation microgliale ni l'allodynie mécanique, l'expression de CCR2 soit dans les microglies résidentes ou dans les MDMO est suffisante pour le développement d'allodynie mécanique. Ainsi, pour soulager de façon efficace la douleur neuropathique, il faut viser non seulement la microglie résidente du SNC, mais aussi la microglie provenant de la circulation sanguine. Ces découvertes ouvrent la porte pour une nouvelle stratégie thérapeutique: on peut profiter de la capacité naturelle des cellules dérivées de la moelle osseuse qui s'infiltrent sélectivement des régions affectées du SNC en utilisant ces cellules comme le véhicule pour la livraison de médicaments afin de contrôler l'hypersensibilité et la douleur chronique.

Thèse ou mémoire avec insertion d'articles / La douleur neuropathique et le trouble dépressif majeur (MDD) sont fréquemment comorbides et impliquent tous deux le cortex cingulaire antérieur (ACC). Cette structure corticale joue en effet un rôle dans le traitement de la douleur et des émotions. Les deux types de cellules de l'ACC, les neurones GABAergiques et les neurones glutamatergiques (GLU), sont les principaux types de cellules responsables de l'inhibition et de l'excitation, respectivement. Le maintien de niveaux physiologiques d'excitation et d'inhibition est essentiel au fonctionnement du système nerveux, car il est à la base de l'activité neuronale. Cependant, une hyperactivité neuronale a été observée dans l'ACC en cas de douleur neuropathique, de MDD et de dépression induite par la douleur neuropathique (NPID). Bien que les mécanismes sous-jacents à l'hyperactivité de l'ACC dans la NPID restent inconnus, il a été démontré que l'inhibition des neurones GLU de l'ACC chez les animaux NPID induit une diminution des comportements de type dépressif. C'est pourquoi l'hypothèse émise est que, dans la NPID, le système GABAergique est affecté, ce qui induit une diminution de l'efficacité de l'inhibition conduisant à l'hyperactivité observée dans cette pathologie. La désinhibition peut provenir des neurones GABAergiques eux-mêmes ou de la réponse postsynaptique des cellules GLU à l'inhibition. Cette thèse présente l'approche technique utilisée pour vérifier cette hypothèse ainsi que les résultats obtenus. Afin de tester l'efficacité du système GABAergique aux niveaux présynaptique et postsynaptique *in vivo*, l'utilisation d'une double approche optogénétique et électrophysiologique, une micro-optrode, était nécessaire. Contrairement à l'électrophysiologie *in vivo* ou à la photométrie, cette technique permet de réaliser simultanément une stimulation optogénétique et un enregistrement extracellulaire de cellule unique *in vivo* chez des animaux anesthésiés. Ceci offre l'avantage d'identifier les cellules GABAergiques exprimant la Channelrhodopsine-2 et de quantifier la réponse de ces neurones à des stimulations optiques répétitives. C'est ainsi qu'il a été possible de caractériser l'activité des cellules GABAergiques ainsi que l'effet de l'inhibition sur les cellules GLU dans un modèle murin de NPID. Les résultats ont montré que, dans des conditions de NPID, les cellules GLU sont moins inhibées. En effet, il y a eu un effondrement de l'inhibition à des fréquences élevées. De plus, des stimulations répétitives à haute fréquence ont induit une défaillance dela capacité d'induction de potentiel d'action des cellules GABAergiques. Cette diminution de l'excitabilité est associée à une altération de la cinétique du potentiel d'action qui pourrait être due à la diminution de l'expression du canal sodique NaV1.1 dans les neurones GABAergiques. Enfin, les résultats ont montré une corrélation significative entre les changements fonctionnels des deux types de cellules et le comportement de type dépressif observé dans la douleur neuropathique. En conclusion, mes résultats suggèrent l'implication des neurones GABAergiques dans la NPID et une nouvelle perspective de cible thérapeutique, pour cette comorbidité, impliquant le canal NaV1.1 est en train d'émerger. / Neuropathic pain and major depressive disorder (MDD) are frequently comorbid and both involve the anterior cingulate cortex (ACC). Indeed, this cortical structure plays a role in processing pain and emotions. The two cell types in the ACC, GABAergic and glutamatergic (GLU) neurons, are the main cell types responsible for inhibition and excitation, respectively. Maintaining physiological levels of excitation and inhibition are essential to the nervous system functions as they are the basis of neuronal activity. However, neuronal hyperactivity has been observed in the ACC in neuropathic pain, MDD and neuropathic pain induced depression (NPID). And while mechanisms underlying the ACC hyperactivity in NPID remain unknown, it was shown that inhibiting ACC GLU neurons in NPID animals induces a decrease of depressive-like behaviors. This is why we hypothesized that the GABAergic system is affected in NPID via a decrease of inhibition efficacy leading to the hyperactivity observed in this pathology. Disinhibition can arise from the GABAergic neurons themselves or from the postsynaptic response of GLU cells to inhibition. This thesis presents the technical approach used to verify this hypothesis as well as the results obtained. In order to test the efficacy of the GABAergic system at both presynaptic and postsynaptic levels *in vivo*, the use of a dual optogenetic and electrophysiologic approach, a micro-optrode, was needed. Contrarily to *in vivo* electrophysiology or fiber photometry, this technique enables simultaneous optogenetic stimulation and single cell extracellular recording *in vivo* in anesthetized animals. This offers the advantage of identifying GABAergic cells expressing Channelrhodopsine-2 and quantifying the response of these neurons to repetitive optic stimulations. This is how the characterization of the activity of GABAergic cells as well as the effect of the inhibition on GLU cells in a mouse model of NPID had been possible. Our results showed that, in NPID conditions, GLU cells are less inhibited. Indeed, there was a collapse of inhibition at high frequencies. In addition, repetitive stimulations at high frequency induced a failure in GABAergic cell firing capacity. This decreased excitability is associated with an alteration of action potential kinetics which might be due to the decreased expression of the voltage-gated sodium channel NaV1.1 in the GABAergic neurons. Finally, we observed a significant correlation between these functional changes from both cell types and depressive-like behavior observed in neuropathic pain. In conclusion, my results suggest the implication of GABAergic neurons in NPID and a new perspective of therapeutic target, for this comorbidity, involving the NaV1.1 channel is emerging.

Introduction : La diminution du contrôle volontaire de la marche représente un déficit majeur affectant la qualité de vie des personnes ayant une lésion médullaire incomplète (LMi). À ce jour, les moyens utilisés pour favoriser la récupération locomotrice sont principalement des entraînements du « rythme locomoteur de base » qui ciblent principalement le contrôle automatique de la marche. Bien que ces entraînements aient démontré certains bénéfices, les améliorations de la capacité locomotrice qui en résultent demeurent limitées. Une explication serait que ces entraînements peu challengeants ne recrutent qu’une partie des circuits neuraux contrôlant la locomotion, ne permettant pas une récupération optimale post-LMi. Notre hypothèse générale est donc que l’utilisation d’un entraînement locomoteur plus challengeant permettrait de solliciter davantage les circuits neuraux impliqués dans le contrôle volontaire de la marche (en particulier la voie corticospinale), en plus des circuits déjà impliqués (automatiques), et mènerait à une amélioration globale de la fonction locomotrice en termes de vitesse et d’endurance, incluant aussi la fonction sensorimotrice avec l’équilibre et la proprioception. À la suite d’une LMi, une deuxième conséquence impactant considérablement la qualité de vie des patients est le développement de douleur neuropathique (DN). Plusieurs études chez l’animal suggèrent que les mécanismes impliqués dans le développement de la DN et ceux impliqués dans la récupération locomotrice partagent certains circuits neuronaux et qu’une inhibition réciproque existerait entre les 2. Cependant, chez l’homme, ces effets demeurent encore méconnus. Notre hypothèse secondaire est donc que l'utilisation d’un entraînement locomoteur sollicitant davantage les circuits neuronaux diminuerait la DN, grâce aux effets d’inhibition réciproque. L’objectif général de cette thèse est de développer un entrainement capable de solliciter davantage les circuits neuraux impliqués dans le contrôle volontaire de la marche, afin de mesurer son effet sur la récupération locomotrice incluant la vitesse et l’endurance à la marche, et incluant la fonction sensorimotrice avec la proprioception et l’équilibre, et enfin de mesurer son effet sur la DN. Méthodologie : Afin de mesurer la sollicitation de la voie corticospinale lors de la marche, l’excitabilité corticospinale a été mesurée de manière non-invasive à l’aide de la stimulation magnétique transcrânienne lors d’une tâche de marche simple et lors d’une tâche de précision à la marche tout d’abord chez des participants en santé (étude 1), puis par la suite chez des individus ayant une LMi (étude 2). La tâche de précision à la marche consistait à marcher sur tapis roulant tout en plaçant les pieds sur des cibles virtuelles rétro-projetées sur un écran placé en face du tapis. Les cibles étaient séparées par différentes distances. Dans l’étude 3, un nouveau test de mesure de proprioception à la cheville pendant la marche à la suite d’une LMi a été mis au point à l’aide d’une orthèse robotisée afin de caractériser l’aspect sensorimoteur lors d’une tâche dynamique. Dans l’étude 4, la tâche de précision à la marche a été réalisée sous forme d’entrainement pour un total de 16 sessions étalées sur 4 à 5 semaines chez des individus ayant une LMi. Des mesures de vitesse, d’endurance, d’équilibre, de proprioception et de douleur neuropathique ont été prises pré- et post-entrainement puis comparées. La satisfaction des participants envers l’entrainement a aussi été documentée. Résultats : Les résultats des études 1 et 2 ont montré qu’une tâche de précision à la marche permettait de solliciter davantage la voie corticospinale comparée à une tâche de marche simple chez des participants sains et des individus avec une LMi. L’étude 3 a montré une bonne fidélité et validité du test mis au point afin de mesurer la proprioception à la cheville pendant la marche. L’étude 4 a montré la faisabilité d’effectuer un entrainement de précision à la marche chez des individus avec une LMi. Une amélioration de la vitesse, de l’endurance, de la proprioception et de l’équilibre a été observée pour le groupe tandis qu’une tendance vers la diminution de douleur neuropathique a été observée pour les individus préalablement atteints. Les participants ont montré une excellente satisfaction envers l’entrainement en général. Conclusions : Les résultats de cette thèse ont permis de montrer qu’il était possible, avec une tâche de précision à la marche, d’augmenter l’excitabilité de la voie corticospinale chez un groupe de participants sains et un groupe de participants ayant une LMi. L’utilisation de cette tâche sous forme d’entrainement a mis en évidence le bénéfice de l’utilisation d’un entrainement challengeant sur la récupération locomotrice incluant l’aspect sensorimoteur, et sur la douleur neuropathique chez une population neurologique. / Introduction: After an incomplete spinal cord injury (iSCI), the voluntary control of walking is often compromised. This reduces the ability to participate in daily activities and has a negative impact on quality of life. Conventional locomotor trainings, based on spinal circuits stimulation, in other words stimulation of the “automatic control” have shown some benefits, but improvements in walking function after iSCI remain limited. It was proposed that these less challenging trainings do not recruit all the circuits involved in gait control, and so, are not sufficient to optimize gait recovery after an iSCI. The hypothesis is that a more challenging training that stimulate all gait circuits including voluntary control (more particularly the corticospinal tract), and automatic control, could lead to an improvement of gait recovery. This recovery included improvements in gait speed, gait endurance, and in sensorimotor function measured with balance and proprioception. Another important issue after an iSCI is the development of neuropathic pain (NP). While there is a large body of evidence in animal studies showing that locomotor recovery and NP might be competing for some shared neural circuits, human studies are still sparse. A secondary hypothesis is that a training that further stimulate all gait circuits could reduce NP. The objective of this thesis is therefore to develop a gait training that further stimulate voluntary control of gait to measure the effects on gait recovery including gait speed, endurance and sensorimotor aspects (proprioception and balance) and to measure its effect on NP. Methods: Corticospinal excitability was assessed using transcranial magnetic stimulation during a simple walking task, and during a precision walking task firstly in healthy participants (study1), and secondly in individuals with an iSCI (study 2). The precision walking task consisted of stepping onto virtual targets projected on a screen in front of them and separated by different distances during treadmill walking. In study 3, a new robotic test was developed to measure the ankle proprioception during gait in individuals with an iSCI and characterize sensorimotor function during a dynamic task. In study 4, a protocol training using the precision task was performed for 16 sessions over 4 to 5 weeks in individuals with an iSCI. Locomotor recovery including gait speed, endurance, balance and ankle proprioception and neuropathic pain were assessed pre- and post-training and compared. Participants’ satisfaction regarding the training protocol was measured post training. Results: Results from studies 1 and 2 showed that it is possible to further increase the corticospinal excitability during a precision walking task compared to a simple walking task in healthy participants and in individuals with an iSCI. Results from study 3 showed a good reliability and validity of the robotic test to measure ankle proprioception during gait. Results from study 4 showed the feasibility to perform a precision gait training in individuals with an iSCI. Significant improvements of gait speed, endurance, proprioception and posture and a trend of NP decrease were measured after training. Participants’ satisfaction regarding this training was excellent. Conclusions: Results from this thesis showed that it is possible, using a precision walking task, to further increase corticospinal tract involvement than during normal gait in healthy participants and in individuals with an iSCI. This approach highlights the potential of a more challenging gait training for gait rehabilitation in humans and provide a simple solution to enhance corticospinal drive to optimize gait recovery including sensorimotor function, and to decrease NP after CNS lesions such as spinal cord injury.