Le membre fantôme correspond à la persistance de perceptions sensitives et motrices attribuées au membre amputé. Des douleurs chroniques parfois invalidantes ainsi que des capacités d'évocation de mouvements dans le membre absent sont fréquemment rapportées. Très peu connue, cette motricité résiduelle est souvent considérée comme de l'imagerie motrice. Le premier objectif de cette thèse est de réinterroger le statut psychologique des mouvements de membre fantôme. Le second objectif est d'étudier le lien entre le contrôle moteur dans le membre fantôme et les réorganisations corticales dans le cortex moteur du sujet amputé. Au moyen de tests comportementaux et d'examens en Imagerie par Résonnance Magnétique fonctionnelle (IRMf), ces travaux de thèse ont permis de dissocier expérimentalement une forme de perceptions kinesthésiques associée à de l'imagerie motrice et une autre forme associée à de l'exécution motrice dans le membre fantôme. Cette distinction repose à la fois sur des différences de performances et sur le recrutement de régions cérébrales partiellement distinctes. Au-delà de cette distinction physiologique, les résultats obtenus suggèrent que les mouvements de membre fantôme s'apparentent à une forme d'exécution motrice plutôt qu'à de l'imagerie motrice. A travers le modèle du membre fantôme, ce travail aborde donc la question de la nature des informations menant à la perception d'un mouvement comme étant " exécuté ". Les altérations du fonctionnement cortical mises en évidence chez l'amputé peuvent représenter un modèle d'étude intéressant des différents mécanismes physiopathologiques relevés dans des situations de déficiences liées à une forme de plasticité " maladaptative ". Les observations cliniques et les examens en neuroimagerie menés au cours de cette thèse dressent en effet, un modèle relativement cohérent de l'organisation fonctionnelle du cortex après amputation. En particulier, l'existence d'un lien entre les réorganisations fonctionnelles au sein du cortex moteur et la qualité du contrôle moteur résiduel dans le membre fantôme permet de mieux comprendre les mécanismes sur lesquels reposent certaines thérapies antalgiques, comme les thérapies visuomotrices

Le membre fantôme correspond à la persistance de perceptions sensitives et motrices attribuées au membre amputé. Des douleurs chroniques parfois invalidantes ainsi que des capacités d’évocation de mouvements dans le membre absent sont fréquemment rapportées. Très peu connue, cette motricité résiduelle est souvent considérée comme de l’imagerie motrice. Le premier objectif de cette thèse est de réinterroger le statut psychologique des mouvements de membre fantôme. Le second objectif est d’étudier le lien entre le contrôle moteur dans le membre fantôme et les réorganisations corticales dans le cortex moteur du sujet amputé. Au moyen de tests comportementaux et d’examens en Imagerie par Résonnance Magnétique fonctionnelle (IRMf), ces travaux de thèse ont permis de dissocier expérimentalement une forme de perceptions kinesthésiques associée à de l’imagerie motrice et une autre forme associée à de l’exécution motrice dans le membre fantôme. Cette distinction repose à la fois sur des différences de performances et sur le recrutement de régions cérébrales partiellement distinctes. Au-delà de cette distinction physiologique, les résultats obtenus suggèrent que les mouvements de membre fantôme s’apparentent à une forme d’exécution motrice plutôt qu’à de l’imagerie motrice. A travers le modèle du membre fantôme, ce travail aborde donc la question de la nature des informations menant à la perception d’un mouvement comme étant « exécuté ». Les altérations du fonctionnement cortical mises en évidence chez l’amputé peuvent représenter un modèle d’étude intéressant des différents mécanismes physiopathologiques relevés dans des situations de déficiences liées à une forme de plasticité « maladaptative ». Les observations cliniques et les examens en neuroimagerie menés au cours de cette thèse dressent en effet, un modèle relativement cohérent de l’organisation fonctionnelle du cortex après amputation. En particulier, l’existence d’un lien entre les réorganisations fonctionnelles au sein du cortex moteur et la qualité du contrôle moteur résiduel dans le membre fantôme permet de mieux comprendre les mécanismes sur lesquels reposent certaines thérapies antalgiques, comme les thérapies visuomotrices / The phantom limb is a sensory experience that is perceived to originate from the missing part. Amputees report that the phantom limb had certain sensory properties like touch and pain, as well as kinesthetic properties like being able to be moved voluntarily. Phantom limb movements are little-known and generally considered to reflect motor imagery rather than motor execution. The first aim of this thesis is to investigate whether amputees distinguish between executing a movement of the phantom limb and imagining moving the missing limb. The second aim is to examine the link between the quality of the motor control in the phantom limb and cortical reorganizations in the motor cortex of amputees. Behavioral tests and functional Magnetic Resonance Imaging (fMRI) results reveal the ability of amputees to make the distinction between execution and motor imagery in the phantom limb. This distinction is based both on differences in performances associated with the two tasks and the recruitment of partially distinct brain regions. Beyond this physiological distinction, this result suggests that phantom limb movements are similar to executed movements and differ from imagined movements. This raises important questions about the very nature of the processes underlying the awareness of a movement as being executed or imagined. The functional alterations in the motor cortex of amputees are somewhat similar to the pathophysiological mechanisms of maladaptative plasticity. Amputation could be a great model for its study. Indeed, the clinical and neuroimaging examinations conducted during this thesis led to a relatively coherent model of the functional reorganizations in the motor cortex after a limb-amputation and their relationships with behavioral variables. In particular, the relationship between functional reorganizations in the motor cortex and the quality of residual motor control in the phantom limb helps to understand the mechanisms underlying some analgesic therapies, such as the “visuomotor therapy”

Ce mémoire d'Habilitation à Diriger des Recherches synthétise les travaux que j'ai menés dans le domaine des neurosciences computationnelles. Ils traitent de trois thématiques principales en interaction: la sélection de l'action, la navigation et l'exécution motrice. Le substrat neural de ces fonctions, et principalement les ganglions de la base et le colliculus supérieur, ont été modélisés sous forme de réseaux de neurones contraints par les données issues de la neuro-anatomie et de l'électrophysiologie. Les résultats présentés résument mes contributions portant sur : les processus de sélection, d'apprentissage par renforcement et de modulation motivationnelle dans les ganglions de la base, le rôle de l'incertitude dans la sélection de l'action, la sélection de stratégies de navigation, l'intégration de chemin pour la stratégie de retour au point de départ, et la transformation spatio-temporelle pour la génération de saccades oculaires. Enfin, les liens reliant l'ensemble de ces études sont mis en exergue afin de délimiter le programme de recherche qui en découle.