Il est classiquement admis que le cortex moteur des primates est organisé topographiquement en lien avec le contrôle des différentes parties du corps. Il a également été suggéré que différentes zones de cette aires corticales pourraient être impliquées dans différents processus de préparation motrice. Suivant cette dernière hypothèse, cette thèse a pour objectif d’étudier les modulations spatiales et temporelles de l’activité neuronale du cortex moteur au cours de la préparation et de l’exécution de mouvements de saisie manuelle. Trois singes ont été entraînés à réaliser une tâche pré-indicée de saisie manuelle. Chez chaque animal, une matrice d’électrodes a été implantée chroniquement dans le cortex moteur. Dans une première étude, nous avons démontré que les modulations d’activité associées à différents processus préparatoires sont localisées dans différentes zones du cortex moteur. Ces zones seraient activées séquentiellement au cours de la préparation motrice suivant une alternance de phases de traitement stationnaire et de propagation dynamique. Dans une seconde étude, nous avons exploré les interactions neuronales par l’utilisation de la mesure de corrélation de variabilité (rsc) entre paires de neurones. Cette deuxième étude a fait ressortir 3 résultats principaux. Les valeurs de rsc sont plus élevées au cours de la préparation du mouvement que lors de son exécution. Elles diminuent avec la distance qui sépare les neurones. Elles sont plus importantes entre interneurones qu’entre neurones supposés pyramidaux. L’ensemble de ces observations ont été discutées en lien avec différentes modèles d’organisation spatiale des aires motrices corticales. / The motor cortex follows a somatotopic organization in which the different body parts are controlled by distinct cortical zones. It has also been proposed that different spatial zones of this cortical area could be involed in distinct processes of motor preparation. Following this latter hypothesis, the objective of this thesis is to study the spatio-temporal modulations of motor cortex activity during movement preparation and execution. Three monkeys have been trained in an instructed delayed reach-to-grasp task. In each animal, a multielectrode Utah array was chronically implanted in the motor cortex to explore the dynamic modulations of neural activity during task performance. In a first study, we demonstrated that the modulations of neural activity related to distinct processes of motor preparation occur at different cortical locations. These locations are activated sequentially during motor preparation through alternating phases of stationary processing and dynamic propagation. In a second study, we analysed the neural interactions using a measure of spike count correlation (rsc) between pair of neurons. We reported 3 main results. Correlations are higher during movement preparation than during execution. They decrease with the distance between neurons. Finally, they are higher bewteen putative interneurons than bewteen putative pyramidal neurones. All these observations are discussed in relation to several models of the spatial organization the motor cortex.

Thèse (M.Sc.)--Université Laval, 2002. / Certaines légendes d'ill. sur f. opposé, avec foliation. Bibliogr.: f. 58-62. Publié aussi en version électronique.

Thèse--Doct.-ing.--Grenoble, 1969. N°: 1212. / Bibliogr.

Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Lobjectif de notre travail était triple. Dune part, nous voulions caractériser lévolution de la trace mnésique dans les 48 heures qui suivent lapprentissage explicite dune tâche motrice séquentielle (FTT). Nous nous sommes intéressés plus particulièrement à la période qui suit immédiatement lapprentissage de cette tâche. En effet, cette période, particulièrement vulnérable à une interférence au sens large du terme, semble cruciale dans le processus de consolidation de la trace mnésique. Dautre part, les différentes étapes de lapprentissage moteur ayant été définies, nous voulions étudier le rôle spécifique de M1 au cours de chacune de celles-ci. Pour ce faire, nous avons utilisé la SMTr à faible fréquence que nous avons appliquée à différents délais sur le scalp en regard du cortex moteur primaire controlatéral à la main utilisée pour la tâche. Enfin, quelques études récentes suggérant que la SMTr à haute fréquence pourrait améliorer certaines tâches cognitives et motrices chez le sujet sain comme chez le sujet cérébrolésé, nous avons tenté daugmenter la performance de nos volontaires sains en leur appliquant la SMTr à haute fréquence en regard du cortex moteur primaire directement après lapprentissage de la tâche. Au terme de ce travail nos conclusions sont les suivantes : 1. Le traitement de la trace mnésique fraîche est un processus dynamique qui passe au moins par trois étapes. a. Lors de la première étape, caractérisée par les 30 premières minutes qui suivent lentraînement, la trace mnésique est accessible, plus efficace quà la fin de lentraînement mais fragile aux perturbations extérieures. Une interférence survenant à ce moment peut détériorer le rappel immédiat de la tâche et dans certaines conditions la performance à long terme. b. La seconde étape, caractérisée par les heures qui suivent lentraînement et pendant lesquelles le sujet est éveillé, correspond à une phase de stabilisation de la trace mnésique durant laquelle celle-ci est moins accessible mais plus robuste aux interférences. c. La troisième étape correspond à lamélioration de performance survenant après au moins une nuit de sommeil. Bien que nous nayons pas testé spécifiquement le rôle du sommeil, nous avons montré que 24 et 48 heures après lentraînement, la trace mnésique est optimale et de nouveau accessible lors de lexécution de la tâche. 2. La première étape nest pas dépendante du niveau de performance du sujet. Elle est présente après un premier entraînement mais également 48 heures plus tard après un second entraînement. Il reste néanmoins à préciser si ce gain de performance survenant précocement après lentraînement est toujours présent ou non après plusieurs semaines dentraînement, lorsque le sujet a atteint son niveau de performance maximal. 3. Le rôle de la première étape dans le processus de consolidation à long terme reste à préciser. Dun côté, le gain de performance acquis lors de la première étape (5 et 30 minutes) est proportionnel au gain de performance acquis lors de la troisième étape (après 48 heures). Ces données suggèrent que la première étape reflète une structuration précoce de la trace mnésique. Dun autre côté, cette première étape est partiellement supprimée par la SMTr sans modification de la performance à plus long terme, suggérant que la première et la troisième étape sont au moins partiellement indépendantes. 4. Contrairement à lapprentissage dune tâche motrice simple (Muellbacher et coll. 2002), la consolidation de la trace mnésique survient très précocement pendant la phase dacquisition de la tâche. En effet, jusquà présent aucune interférence, quil sagisse dune nouvelle séquence apprise juste après la première (Walker et coll. 2003a, Korman et coll. 2007) ou dune SMTr (nos données, Robertson et coll. 2005), na permis de supprimer complètement la trace mnésique dune tâche motrice séquentielle. Le participant ne revient jamais à létat « naïf », initial, et dans le pire des cas, son niveau de performance est superposable à celui de la fin de lentraînement. 5. Le cortex moteur primaire intervient dans les étapes très précoces (30 premières minutes) de la consolidation de la trace mnésique qui succède à la phase dacquisition. La SMTr appliquée au niveau de M1 controlatéral à la main entraînée réduit la performance du sujet uniquement si elle est appliquée immédiatement après lentraînement et non 4 et 24 heures plus tard. Labsence de détérioration de la performance à ces 2 derniers délais démontre quil sagit dun effet spécifique de la SMTr sur la trace mnésique et non simplement dune réduction de la vitesse de frappe liée à une inhibition relative de la région cérébrale responsable de lexécution du mouvement. De plus, labsence deffet de la SMTr lorsque celle-ci est appliquée au niveau du cortex occipital immédiatement après lentraînement prouve quil sagit dun effet spécifique de la SMTr au niveau de M1. 6. La SMTr à haute fréquence appliquée immédiatement après lentraînement a le même effet que la SMT à basse fréquence sur lévolution de la trace mnésique au cours des 48 premières heures. Elle réduit lamélioration observée 30 minutes après lentraînement sans modifier la performance 48 heures plus tard. Cet effet délétère précoce potentiel sur lapprentissage moteur doit être pris en compte lors des études utilisant la SMT à haute fréquence à visée thérapeutique et en particulier en réhabilitation motrice chez les sujets cérébrolésés dautant quil nexiste actuellement pas de recommandation de sécurité en ce qui concerne la SMTr à haute fréquence chez ces patients. Nous avons donc démontré lexistence dune phase précoce (5 à 30 minutes après lentraînement) et transitoire (absente 4 heures après lentraînement) au cours de laquelle la performance qui suit un entraînement unique saméliore (« early boost »). La détérioration partielle de cette amélioration transitoire de performance par la SMTr suggère quà cette phase, la trace mnésique est distribuée dans un réseau cérébral incluant M1. Par contre, labsence de détérioration ultérieure de la performance (48 heures) et labsence deffet de la SMTr à 4 heures et 24 heures suggèrent que la consolidation dune tâche motrice récemment apprise dépend de circuits cérébraux cortico-cérébelleux et cortico-striataux dans lesquels M1 ne jouerait pas un rôle critique (Robertson et coll. 2005, Doyon et Benali 2005, Peigneux et coll. 2006). Il est possible que dans les premières minutes qui suivent un apprentissage séquentiel, les réseaux neuronaux impliqués dans cet apprentissage soient activés de façon globale (Albouy et coll. 2006). Dans ces conditions, la participation de M1 ne serait pas spécifique de la séquence apprise. Les corrélats cérébraux de cette phase devraient être étudiés en utilisant limagerie par résonance magnétique fonctionnelle (IRMf, voir perspectives).

Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

This work focuses on the cooling of diesel engines. Facing heavy constraints such as emissions control or fossil energy management, political leaders are forcing car manufacturers to drastically reduce the fuel consumption of passenger vehicles. For instance, in Europe, this fuel consumption has to reach 120 g CO2 km by 2012, namely 25 % reduction from today's level. Such objectives can only be reached with an optimization of all engines components from injection strategies to power steering. A classical energy balance of an internal combustion engine shows four main losses: enthalpy losses at the exhaust, heat transfer to the cylinder walls, friction losses and external devices driving. An optimized cooling will improve three of them: the heat transfer losses by increasing the cylinder walls temperature, the friction losses by reducing the oil viscosity and the coolant pump power consumption. A model is rst built to simulate the engine thermal behavior from the combustion itself to the temperatures of thedierent engine components. It is composed by two models with different time scales. First, a thermodynamic model computes the in cylinder pressure and temperature as well as the heat flows for each crank angle. These heat flows are the main input parameters for the second model: the nodal one. This last model computes all the engine components temperatures according to the nodal model theory. The cylinder walls temperature is then given back to the thermodynamic model to compute the heat flows. The models are then validated through test bench measurements giving excellent results for both Mean Effective Pressure and fluids (coolant and oil) temperatures. The used engine is a 1.9l displacement turbocharged piston engine equipped with an in-cylinder pressure sensor for the thermodynamic model validation and thermocouples for the nodal model validation. The model is then used to optimize the coolant mass flow rate as a function of the engine temperature level. Simulations have been done for both stationary conditions with effciency improvement up to 7% for specific points (low load, high engine speed) and transient ones with a heating time improvement of about 2000s. This gains are then validated on the test bench showing again good agreement.

Le but de cette étude était d'isoler l'impact de la chorée sur les mouvements volontaires, pour mieux évaluer le rôle des mouvements involontaires sur les perturbations motrices observées chez les patients ayant la maladie de Huntington. Les mouvements involontaires du corps ainsi que les actions motrices volontaires furent enregistrés simultanément, à l'aide d'un système de pistage magnétique, chez quinze patients choréiques ayant la maladie de Huntington ainsi que chez quinze sujets contrôle en bonne santé de même âge et sexe. Il a été demandé aux participants d'accomplir deux tâches distinctes; une de mouvements alternés rapides (RAM) qui permettra de quantifier l'hypokinésie et la bradykinésie, et une tâche de poursuite manuelle (MT) qui fournira une mesure quant à l'intrusion des chorées lors de mouvements précis. Les patients ayant la maladie de Huntington ont obtenu de meilleurs résultats comparativement aux sujets contrôles lors de la tâche RAM, démontrant ainsi l'absence de bradykinésie chez ces sujets. Lors de la tâche MT, les patients ayant la maladie de Huntington ont démontré une déviation par rapport à l'emplacement de la cible réduisant ainsi leur habileté à reproduire sa vitesse. De plus, une corrélation fût établie entre l'erreur au niveau des performances et l'amplitude des chorées du corps, illustrant l'effet néfaste des chorées lors de mouvements précis. Ces résultats démontrent clairement que la bradykinésie n'est pas un symptôme de la maladie de Huntington lorsque des chorées sont présentes, mais que les chorées sont la principale cause d'erreur de performance lors de mouvements précis. Donc, les patients atteints de la maladie de Huntington bénéficieraient grandement de traitements visant à réduire les chorées tout en maintenant une fonction motrice adéquate. ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : Huntington, Bradykinesia, Chorée, Quantification, Parkinson.

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.