Thèse ou mémoire avec insertion d'articles / Introduction : Les muscles du tronc participent au maintien de la posture, ils s'activent pour rigidifier et/ou mouvoir la colonne vertébrale. Il est possible de distinguer deux types de contrôle moteur pour ces derniers: un contrôle volontaire (e.g., extension du dos) et un contrôle postural pour conserver la posture (involontaire). Les patients souffrant d'états de santé tels que les accidents vasculaires cérébraux, les lésions de la moelle épinière et les lombalgies présentent des altérations du contrôle moteur du tronc. Ces altérations peuvent être dues à une lésion du système nerveux central (SNC) (e.g., accident vasculaire cérébral) ou à une réorganisation des circuits neuronaux (e.g., lombalgie) en présence de douleur. Bien que la lombalgie chronique soit à l'origine du plus grand nombre d'années vécues avec incapacité dans le monde, la neurophysiologie du contrôle moteur des muscles paravertébraux lombaires est méconnue. Par exemple, les études sondant les représentations des muscles paravertébraux lombaires avec la stimulation magnétique transcrânienne (TMS) chez l'humain se sont concentrées sur une seule région : le cortex moteur primaire (M1). Pourtant, d'autres circuits de neurones tels que l'aire motrice supplémentaire (SMA) semblent impliqués. Dépendamment de la direction du courant électrique utilisée (postéro-antérieur [PA] vs. antéro-postérieur [AP]), la TMS pourrait activer différents circuits de neurones qui pourraient être impliqués différemment dans le contrôle des muscles du tronc. Il a été suggéré que les circuits recrutés par le courant AP pourraient refléter l'action des structures prémotrices (prémoteur et SMA) sur le M1. L'objectif général de la thèse est d'explorer, à l'aide de techniques de neurophysiologie (TMS et réflexe d'étirement (SR)), le fonctionnement de différents circuits de neurones impliqués dans le contrôle moteur des muscles paravertébraux lombaires chez des individus en santé. Méthode : Une revue systématique de la littérature a été réalisée pour examiner systématiquement les études portant sur le contrôle neuronal des muscles paravertébraux lombaires chez l'homme testé par la TMS. Puis, la TMS a été utilisée dans deux études pour mesurer l'excitabilité corticospinale des muscles érecteurs du rachis lombaire (LES) chez des individus en santé. Dans l'étude 2, l'effet de différentes directions de courant de la TMS (PA- vs. AP-TMS) sur la mesure du contrôle corticomoteur des LES et sur la cartographie de la représentation corticale des LES ont été réalisé pendant une tâche statique de maintien postural. Dans l'étude 3, l'excitabilité des circuits de neurones PA- et AP-TMS ainsi que l'excitabilité spinale (SR) ont été testés lors de la préparation et de l'exécution de tâches posturale et volontaire des LES. Les potentiels moteurs évoqués (MEPs) et SR ont été mesurés à plusieurs intervalles de temps avant l'exécution d'une bascule du bassin (activation volontaire des LES) et d'une flexion bilatérale des épaules (activation posturale des LES). Résultats : Les résultats obtenus dans l'étude 1 suggèrent des projections bilatérales à partir de chaque M1 vers un muscle lombaire et la présence de circuits inhibiteurs et excitateurs intracorticaux dans M1. Dans l'étude 2, l'utilisation du courant AP-TMS a entraîné une latence de réponse plus tardive, une inhibition plus importante avec un protocole de stimulations pairées, et un seuil moteur plus élevé qu'avec le courant PA-TMS. Les résultats de l'étude 3 ont révélé (i) dans la tâche posturale, un changement de l'excitabilité corticospinale et motoneuronale plus élevé pendant l'exécution par rapport à la préparation motrice, quelle que soit la direction du courant et (ii) dans la tâche volontaire, une augmentation de l'excitabilité corticospinale pendant l'exécution par rapport à la préparation motrice uniquement avec le courant AP-TMS. Conclusion : Les connaissances des structures neuronales sous-jacentes du contrôle moteur des muscles paravertébraux lombaires sont influencées par les études menées en neurophysiologie sur le contrôle moteur des muscles distaux (e.g., main). Les résultats de la thèse supportent l'existence de différences entre le contrôle moteur des muscles paravertébraux lombaires et des muscles distaux, notamment par une plus grande contribution des voies descendantes bilatérales. De plus, les résultats soutiennent l'existence de deux circuits de neurones sous-jacents du contrôle moteur des LES recrutés par les courants PA- et AP-TMS. Ces circuits semblent contribuer différemment au contrôle moteur des LES dépendamment du type de tâche à réaliser (posturale ou volontaire) chez des individus en bonne santé. De futures études seront nécessaires pour explorer si ces circuits sont modulés différemment en présence de douleur expérimentale (e.g., stimulation électrique) et clinique (e.g., lombalgie). / Introduction: The muscles of the trunk are essential for maintaining posture, they are activated to stiffen and/or move the spine. Two types of motor control can be distinguished for them: voluntary control (e.g., back extension) and postural control during which the motor system is activated to maintain posture. Patients suffering from various health conditions such as stroke, spinal cord injury and low back pain show alterations in the trunk motor control. These alterations may be due to damage to the central nervous system (CNS) (e.g., stroke) or to a reorganisation of neural circuits (e.g., low back pain) in the presence of pain. Although chronic low back pain accounts for the largest number of years lived with disability in the world, the neurophysiology of motor control of the lumbar paraspinal muscles is poorly understood even in healthy individuals. For example, studies probing trunk muscle representations with transcranial magnetic stimulation (TMS) in humans have mainly focused on a single region: the primary motor cortex (M1). However, evidence suggests the major involvement of other neural circuits such as the supplementary motor area (SMA). Depending on the direction of the electrical current used (posterior-anterior [PA] vs. antero-posterior [AP]), TMS could activate different neural circuits that might be differently involved in trunk muscle control. It has been suggested that the circuits recruited by the AP current may reflect the action of premotor structures (premotor and SMA) on the M1. The general objective of the thesis is to explore, using neurophysiological techniques (TMS and stretch reflex (SR)), the functioning of different neural circuits involved in the motor control of lumbar paraspinal muscles in healthy individuals. Methods: A systematic review of the literature was conducted to systematically examine studies of the neural control of lumbar muscles in humans tested by TMS. Then, TMS was used in two studies to measure the corticospinal excitability of lumbar spinal erector spinae (LES) muscles. In Study 2, the effect of different TMS current directions (PA- vs. AP-TMS) on the measurement of corticomotor control of the LES muscles and on the mapping of the cortical representation of the LES muscles were performed during a static postural maintenance task in healthy individuals. In Study 3, the excitability of PA- and AP-TMS neural circuits as well as spinal excitability via the stretch reflex were tested during the preparation and execution of postural and voluntary LES muscle tasks. MEPs and SR were measured at several time intervals before the execution of a pelvic tilt (voluntary activation of the lumbar muscles) and a bilateral shoulder flexion (postural activation of the lumbar muscles). Results: The results obtained in Study 1 suggest bilateral projections from each M1 to a lumbar muscle and the presence of intracortical inhibitory and excitatory circuits in M1. In Study 2, the use of AP-TMS current resulted in a later response latency, greater inhibition with a paired pulses stimulation protocol, and a higher motor threshold than with PA-TMS current. The results of Study 3 revealed (i) in the postural task, a higher modulation of corticospinal and motoneuronal excitability during execution than during motor preparation, regardless of the direction of the current and (ii) in the voluntary task, a modulation of corticospinal excitability that was present only with the AP-TMS current. Conclusion: Knowledge of the neural structures underlying motor control of lumbar paraspinal muscles is greatly influenced by neurophysiological studies of motor control of distal muscles (e.g., hand). However, the results of the thesis support the existence of differences between the motor control of the lumbar paraspinal muscles and the distal muscles, notably through a greater contribution of bilateral descending pathways. Furthermore, the results support the existence of two underlying neuronal circuits of LES muscle motor control recruited by PA- and AP-TMS currents. These circuits also appear to contribute differently to LES motor control depending on the type of task being performed (postural or voluntary) in healthy individuals. Future studies are needed to explore whether these circuits are active differently in the presence of experimental (e.g., electrical stimulation) and clinical (e.g., low back pain) pain.

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Le système des noyaux de la base possède un rôle essentiel dans de nombreuses fonctions telles que le contrôle et l’apprentissage moteur ainsi que les processus motivationnels et cognitifs. Le striatum constitue la principale structure d’entrée de ce système et peut être subdivisé en une région dorsale, impliquée dans cet apprentissage et ce contrôle moteur, et une partie ventrale, impliquée dans le système de la récompense et donc les processus motivationnels. Le striatum est composé de deux principales catégories de neurones :les neurones épineux de projection (ou « medium-sized spiny neurons », MSN) qui composent la majorité de la structure, et des interneurones. Les interneurones du striatum participent à la modulation de l’activité des neurones épineux, selon un modus operandi propre à chaque population. Les interneurones exprimant la somatostatine, le neuropeptide Y (NPY) et l’enzyme de synthèse de l’oxyde nitrique (nNOS) constituent l’une de ces populations d’interneurones et n’a encore été que brièvement caractérisée d’un point de vue fonctionnel. Notre travail de thèse s’est donc focalisé sur l’étude de la fonction des interneurones somatostatine du striatum par une approche basée sur la perte de fonction. Cette étude fonctionnelle a été réalisée à l’aide d’un modèle de souris ayant subi une ablation spécifique des interneurones somatostatine dans le striatum. Trois principaux types d’analyses ont été réalisés. La première partie du travail s’est intéressée aux fonctions de ces interneurones à l’échelle cellulaire et, plus particulièrement à l’effet de la perte de ces interneurones sur l’activité électrique des MSNs. Nous avons ainsi observé que l’ablation des interneurones somatostatine induit une dépolarisation du potentiel membranaire de repos des MSNs et une augmentation de leur excitabilité, suggérant que de par les différents neurotransmetteurs que ces interneurones libèrent, ceux-ci participent au contrôle de leurs propriétés électrophysiologiques. Le second chapitre, toujours à l’échelle cellulaire et dans ce même contexte de connexion interneurone-MSN, a visé à étudier l’effet de la perte des interneurones somatostatine du striatum sur la morphologie des neurones de projection et ce, au moyen d’une reconstruction 3D. Celle-ci a mis en évidence que les MSNs présentent une réduction de leur densité d’épines dendritiques dans la portion distale, pouvant être le résultat d’un mécanisme d’homéostasie synaptique, alors que l’arborisation dendritique-même n’est pas modifiée. Finalement, la dernière partie a considéré le rôle des interneurones à une échelle systémique, en étudiant l’effet de l’ablation sur le comportement de la souris. Nous avons observé que l’ablation des interneurones somatostatine striataux n’altère pas le comportement moteur, le comportement nociceptif ou les comportements modélisant l’anxiété ou la dépression mais résulte en une augmentation de l’hyperlocomotion induite par la cocaïne. Il s’est également avéré que le rôle des interneurones somatostatine du striatum dans la réponse à la cocaïne se limite exclusivement à l’aspect locomoteur de la cocaïne et non à l’aspect motivationnel, comme montré par un test de préférence de place conditionné. Des analyses d’expression de différents marqueurs dopaminergiques ont, de plus, permis de suggérer que le phénotype hyperlocomoteur observé impliquerait une augmentation de l’expression du transporteur de la dopamine. Enfin, une étude électrophysiologique et morphologique des MSNs, chez des souris dépourvues d’interneurones somatostatine dans le striatum et sensibilisées à la cocaïne, a permis de mettre en évidence une occlusion des effets de la cocaïne sur les propriétés membranaires passives et l’excitabilité des MSNs. De plus, l’addition de dopamine au milieu extracellulaire induit une augmentation de l’excitabilité des MSNs des souris ayant subi une ablation des interneurones somatostatine striataux, compatible avec l’expression accrue de transporteur de la dopamine. D’autre part, l’étude morphologique a mis en évidence un effet de la sensibilisation à la cocaïne sur la densité des épines proximales des MSNs des souris dépourvues d’interneurones somatostatine.En conclusion, ce travail de thèse a permis de fournir, à l’aide d’un modèle d’ablation spécifique, des données substantielles quant au rôle des interneurones somatostatine du striatum dans la physiologie striatale et, en particulier leur fonction inhibitrice des MSNs, ainsi que leur rôle dans les comportements impliquant le striatum, dont la réponse induite par la cocaïne. / Doctorat en Sciences biomédicales et pharmaceutiques (Médecine) / info:eu-repo/semantics/nonPublished

Würzburg, Universität, Thesis (doctoral), 2001.

Rostock, Universität, Habilitation, 2000.

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Les recherches menées dans le domaine des implants médicaux visent à améliorer la qualité de vie de patients atteints de pathologies diverses. Dans ce cadre la Stimulation Electrique Fonctionnelle (SEF) consistant à produire des contractions artificielles de groupements musculaires par stimulation électrique sur les voies nerveuses ou sur les muscles, est une solution utilisée pour contourner certains dysfonctionnements du système neural. Le Projet DEMAR (DEambulation et Mouvement ARtificiel), dont les axes ont pour objectifs la compréhension et la quantification objective des désordres moteurs d'une part, et la recherche de solutions palliatives des déficiences motrices d'autre part, a développé en 2005 par le travail de thèse de Jean-Denis TECHER, un stimulateur électrique implantable. Afin de pourvoir contrôler ce système de stimulation en boucle fermée, nous avons développé les deux premiers étages d'une chaîne d'acquisition de signaux neurophysiologiques sensoriels. Ces étages sont l'électrode cuff multipolaire à distribution hexagonale et l'amplificateur faible-bruit à calcul de moyenne pondérée.

Frankfurt (Main), Universiẗat, Diss., 2006.

Techn. University, Diss., 2007--Darmstadt.

Universiẗat, Diss.--Bielefeld, 2000.