Diss.--München univ., 2001. / Bibliogr. p. 155-168.

Reproduction de : Thèse de doctorat : Neuropsychologie : Lyon 2 : 2006. / Titre provenant de l'écran-titre. Bibliogr.

Que ce soit par nos yeux ou par nos mains, nous interagissons avec notre environnement par l'intermédiaire de senseurs mobiles. L'utilisation efficace de tels organes, dits « sensorimoteurs », implique de garder trace de leur position tandis que nous les bougeons. Dans le cas contraire, la stabilité perceptive et la préhension dirigée seraient profondément entravées. Cependant, les mécanismes neuronaux qui informent le système nerveux de la position de ces organes restent largement inexplorés. Deux mécanismes impliquant une information retour peuvent théoriquement être en jeu : la copie efférente et/ou le retour sensoriel. Pour évaluer leur contribution, nous avons entraîné des rats à placer une vibrisse dans une plage angulaire prédéterminée sans contact, une tâche dépendant de la connaissance qu'ils ont de la position de leur vibrisse. Nous établissons que le retour sensoriel n'est pas requis pour effectuer cette tâche. Le cortex moteur n'est pas non plus requis, même en l'absence de retour sensoriel. Enfin, nous démontrons que le noyau rouge, qui reçoit des entrées du cortex moteur, du cervelet, des afférences vibrissales, et qui projette vers les motoneurones faciaux est impliqué de façon critique dans l'exécution de cette tâche. Ces résultats démontrent l'existence d'un modèle interne, indépendant du cortex moteur et suffisant au contrôle moteur volontaire. Ils suggèrent en outre que le cervelet pourrait être impliqué en tant qu'élément efférent de ce modèle interne. / Whether through our eyes or our hands, we interact with our environment through mobile sensors. The efficient use of these organs implies to keep track of their position over time. Otherwise, perceptive stability and directed prehension would be profoundly impeded. Yet, the neural mechanisms informing the nervous system about organs' position remain largely unexplored. Two feedback mechanisms may theoretically be at play: efference copy and/or sensory feedback. To assess their contribution, we trained head-restrained rats to place their vibrissae in a predetermined angular range without contact, a task that depends on the knowledge of vibrissa position. We find that sensory feedback is not required to perform the task. The motor cortex is neither required, even in the absence of sensory feedback. Finally, we find that the red nucleus, which receives motor cortex, cerebellar and vibrissa inputs, and projects to facial motoneurons is critically involved in the execution of the task. These results demonstrate the existence of a motor cortex-independent internal model sufficient for voluntary motor control. They further suggest that the cerebellum may be involved as an efferent part of this internal model.

Introduction: Environ 20% des adultes canadiens souffrent de douleur chronique en dépit des approches pharmacologiques disponibles. Il est donc important de développer des approches thérapeutiques complémentaires en réadaptation et de comprendre les mécanismes sous-jacents au maintien de la douleur chronique. Une des hypothèses mises en avant pour expliquer le maintien de la douleur chronique stipule que la douleur serait la conséquence d’une discordance entre les efférences motrices et la rétroaction sensorielle du mouvement (définie comme un conflit sensorimoteur), tout comme la sensation de nausée dans le mal des transports est la conséquence d’une discordance entre les informations visuelles, proprioceptives et vestibulaires. Ce conflit sensorimoteur en présence de douleur pourrait s’expliquer par une altération des représentations du corps et du contrôle moteur. Des études utilisant des conflits sensorimoteurs créés expérimentalement suggèrent que les personnes souffrant de douleur chronique sont plus sensibles à la présence de conflits (qui se traduit par une augmentation de douleur et d’autres perturbations sensorielles), ce qui pourrait contribuer à un cercle vicieux d’aggravation et de maintien de la douleur. Toutefois, la raison de cette sensibilité accrue reste encore inconnue. Ainsi, l’objectif principal de cette thèse était d’évaluer les caractéristiques cliniques et sensorimotrices expliquant une plus grande vulnérabilité au conflit sensorimoteur en présence de douleur aiguë et chronique. L’hypothèse générale était qu’une plus grande malléabilité des représentations du corps en présence de douleur explique une plus grande vulnérabilité au conflit sensorimoteur. Méthode: Les conflits sensorimoteurs ont été créés grâce à un miroir (Chapitre III, N=140 participants sains ou souffrant de fibromyalgie, syndrome de douleur régionale complexe (SDRC) ou arthrite) ou à un système robotisé de type exosquelette couplé à une interface virtuelle 2D (KINARM) (Chapitre IV, N=30 participants en santé avec ou sans douleur expérimentale; Chapitre V, N=20 participants en santé). Deux types de perturbations induites par le conflit ont été mesurées: 1) les perturbations sensorielles (mesurées par questionnaire) et 2) les perturbations motrices (déviation médio-latérale et variation d’amplitude). Le KINARM a également permis d’évaluer diverses représentations du corps chez des individus avec ou sans douleur chronique (Chapitre VI : N=26 participants en santé ou ayant un SDRC). Les variables cliniques ont été mesurées par questionnaires. Résultats: Seulement certaines perturbations sensorielles induites par le conflit sensorimoteur étaient accentuées en présence de douleur chronique (Chapitre III) et aiguë (Chapitre IV), et étaient principalement associées à l’intensité de la douleur (Chapitre III). Les autres variables cliniques (origine de la pathologie, durée de la douleur, symptômes anxieux et dépressifs) expliquaient peu la plus grande vulnérabilité au conflit sensorimoteur en présence de douleur (Chapitre III). Contrairement aux perturbations sensorielles, les perturbations motrices induites par le conflit n’étaient pas influencées par la présence de douleur aiguë (Chapitre IV). De plus, un conflit entre la vision et les efférences motrices (lors de mouvements actifs) induisait des perturbations sensorielles qui étaient plus importantes qu’un conflit entre la vision et la proprioception (mouvements passifs, Chapitre V). Enfin, la kinesthésie (sens du mouvement et de la position) était altérée chez des individus ayant un SDRC comparativement à des individus en santé, mais n’était pas reliée à la perception subjective du membre douloureux (Chapitre VI). Conclusions: La présence de douleur (aiguë ou chronique) diminue le seuil de détection du conflit sensorimoteur et contribue à maintenir une situation de conflit. Ce cercle vicieux d’aggravation de la douleur s’explique davantage par une altération de la perception du corps plutôt que par un défaut d’intégration sensorimotrice, bien que la commande motrice joue un rôle dans les perturbations sensorielles induites par le conflit. Ces résultats soutiennent la théorie des multiples représentations du corps qui suggère une dissociation entre l’image du corps et le schéma corporel. Contrairement à l’image du corps qui est altérée en présence de douleur aiguë et chronique, le schéma corporel serait perturbé seulement en présence de douleur chronique. En clinique, il serait pertinent d’évaluer et d’intervenir de manière indépendante sur l’image du corps et le schéma corporel. En recherche, il sera important d’explorer quels sont les mécanismes sous-jacents expliquant une telle dissociation. / Introduction: Approximately 20% of the Canadian adults suffer from chronic pain in spite of the available pharmacological approaches. Thus, it is important to develop complementary therapeutic approaches in rehabilitation and to understand the underlying mechanisms involved in the maintenance of pain. One hypothesis that has been put forward to explain the persistence of pain postulates that pain is the consequence of a discordance between the motor efferences and the sensory feedback arising from one’s actions (defined as a sensorimotor conflict), just as the sensation of nausea in motion sickness arises from a conflict between visual, proprioceptive and vestibular information. Such sensorimotor conflicts in the presence of pain could be caused by alterations in body representations and motor control. Studies using experimental sensorimotor conflicts show that people with pain are more sensitive to the presence of conflicts (as demonstrated by an increase in painful sensations and other sensory disturbances), what could contribute to a vicious circle maintaining and aggravating pain. However, the reason why people with pain are more sensitive to sensorimotor conflicts remains unclear. Therefore, the main objective of the study was to assess the clinical and sensorimotor characteristics explaining higher sensitivity to sensorimotor conflicts in the presence of pain. The main hypothesis was that increased malleability of body representations in the presence of pain explains increased sensitivity to sensorimotor conflicts. Methods: Sensorimotor conflicts have been created using a mirror (Chapter III, N=140 participants, either healthy or with fibromyalgia, or complex regional pain syndrome (CRPS) or arthritis) or a robotic device combined with a 2D virtual reality interface (KINARM) (Chapter IV, N=30 healthy participants with or without experimental pain; Chapter V, N=20 healthy participants). Two types of disturbances were assessed: 1) sensory disturbances (measured with a questionnaire) and 2) motor disturbances (mediolateral drift and amplitude variation). The KINARM was also used to assess various body representations in participants with or without chronic pain (Chapter VI: N=26 participants, healthy or with a CRPS). Clinical outcomes were assessed with questionnaires. Results: Only some sensory disturbances induced by sensorimotor conflicts were increased in the presence of chronic (Chapter III) and acute (Chapter IV) pain, and were mainly related to pain intensity (Chapter III). The other clinical characteristics (pathology origin, duration of pain, anxious and depressive symptoms) contributed very little to the increase in sensitivity to sensorimotor conflicts in the presence of pain (Chapter III). Contrary to sensory disturbances, motor disturbances induced by sensorimotor conflicts were not influenced by the presence of acute pain (Chapter IV). Moreover, a conflict between vision and motor efferences (during active movements) induces higher sensory disturbances than a conflict between vision and proprioception (passive movements, Chapter V). Finally, kinesthesia (senses of limb position and movement) was altered in people with CRPS compared to healthy participants, but was not related to the subjective perception of the painful limb (Chapter VI). Conclusions: The presence of pain (acute or chronic) decreases the detection threshold of sensorimotor conflicts and contributes to maintain a conflict situation. This vicious circle of pain worsening is explained more by an alteration of body perception than by a perturbation in sensorimotor integration. These results support the multiple body representations theory suggesting a dissociation between the body image and the body schema. Contrary to the body image which is altered in the presence of acute and chronic pain, the body schema is altered only in the presence of chronic pain. In clinical practice, it would be relevant to assess and treat the alterations of body image and body schema separately. In research, it would be necessary to explore the underlying mechanisms of this dissociation.

Reproduction de : Thèse de doctorat : Intelligence artificielle : Toulouse, INPT : 2008. / Titre provenant de l'écran-titre. Bibliogr. 142 réf.

Th. doct.--Signal et images--Paris--ENST, 1995. / An appendice, un article en anglais et en français. Bibliogr. p. 225-234. Résumé en anglais et en français.

Thèse doctorat : Neurosciences : Nancy 1 : 2006. / Titre provenant de l'écran-titre.

La capacité à repérer les événements pertinents dans notre environnement visuel est cruciale dans la surveillance de situations dynamiques telles que le contrôle du trafic aérien. La Cécité aux Changements (CaC) renvoie à la difficulté à détecter des changements visuels. La CaC peut être causée par, soit l’incapacité de l’individu à diriger son attention vers l’objet ayant subi le changement (source perceptive) ou par l’incapacité de l’individu à attribuer suffisamment de ressources attentionnelles à l’objet afin de prendre conscience du changement qu’il a subi (source attentionnelle). Étant donné que la CaC est une cause importante d’erreurs humaines, certaines solutions technologiques ont été conçues pour soutenir la détection des changements. L’historique explicite des changements (CHEX) est efficace pour prévenir la CaC lorsque l’individu n’a qu’à détecter les changements qui surviennent dans une situation dynamique. Le premier objectif de la thèse est d’examiner l’ampleur de la CaC dans un contexte de travail multitâche dynamique au sein duquel la détection des changements est sous-jacente à la réalisation d’une tâche de prise de décision plus complexe. Le deuxième objectif vise à déterminer si le CHEX demeure efficace lorsqu’il est utilisé pour soutenir la détection des changements dans ce contexte multitâche dynamique. Un micromonde est employé pour simuler la tâche d’évaluation du risque et de gestion de la réponse (ERGR) et les conditions de travail des activités de commandement et contrôle (C2). La thèse confirme que les individus qui doivent surveiller et gérer des situations complexes et dynamiques sont vulnérables à la CaC. Dans ce contexte, le CHEX semble exacerber la prévalence de la source attentionnelle de la CaC, provoque une augmentation de la charge de travail perçue, et nuit à l’efficacité de la défense du navire. Le CHEX n’est efficace que lorsque la détection des changements est effectuée seule. La thèse suggère que, pour être réellement efficace dans des contextes de travail multitâches dynamiques, une aide à la détection des changements doit être adaptée aux ressources attentionnelles disponibles de l’utilisateur. Elle démontre qu’il est important d’adopter une approche holistique d’évaluation des systèmes d’aide à la décision, car un outil conçu spécifiquement pour aider une fonction cognitive de l’utilisateur peut aussi avoir des conséquences inattendues sur d’autres facettes de son travail.

La scoliose est la pathologie déformante du rachis la plus courante de l'adolescence. Dans 80 % des cas, elle est idiopathique, signifiant qu'aucune cause n'a été associée. Les scolioses idiopathiques répondent à un modèle multifactoriel incluant des facteurs génétiques, environnementaux, neurologiques, hormonaux, biomécaniques et de croissance squelettique. Comme hypothèse neurologique, une anomalie vestibulaire provoquerait une asymétrie d'activation des voies vestibulospinales et des muscles paravertébraux commandés par cette voie, engendrant la déformation scoliotique. Certains modèles animaux permettent de reproduire ce mécanisme. De plus, des anomalies liées au système vestibulaire, comme des troubles de l'équilibre, sont observées chez les patients avec une scoliose. La stimulation vestibulaire galvanique permet d'explorer le contrôle sensorimoteur de l'équilibre puisqu'elle permet d'altérer les afférences vestibulaires. L'objectif de cette thèse est d'explorer le contrôle sensorimoteur en évaluant la réaction posturale provoquée par cette stimulation chez les patients et les participants contrôle. Dans la première étude, les patients sont plus déstabilisés que les contrôles et il n'y a pas de lien entre l'ampleur de l'instabilité et la sévérité de la scoliose. Dans la deuxième étude, à l’aide d’un modèle neuromécanique, un poids plus grand aux signaux vestibulaires a été attribué aux patients. Dans la troisième étude, un problème sensorimoteur est également observé chez les jeunes adultes ayant une scoliose, excluant ainsi que le problème soit dû à la maturation du système nerveux. Dans une étude subséquente, des patients opérés pour réduire leur déformation du rachis, montrent également une réaction posturale de plus grande amplitude à la stimulation comparativement à des participants contrôle. Ces résultats suggèrent que l’anomalie sensorimotrice ne serait pas secondaire à la déformation. Finalement, un algorithme a été développé pour identifier les patients ayant un problème sensorimoteur. Les patients montrant un contrôle sensorimoteur anormal ont également une réponse vestibulomotrice plus grande et attribuent plus de poids aux informations vestibulaires. Globalement, les résultats de cette thèse montrent qu’un déficit sensorimoteur expliquerait l’apparition de la scoliose mais pas sa progression. Le dysfonctionnement sensorimoteur n’est pas présent chez tous les patients. L’algorithme permettant une classification de la performance sensorimotrice pourrait être utile pour de futures études cliniques. / Scoliosis is the most frequent spinal deformity in adolescence. In 80% of the cases, it is idiopathic, meaning that no cause has been associated with the patient's case. Idiopathic scoliosis seems to respond to a multifactorial model including genetic, environmental, neurological, hormonal, biomechanical and skeletal growth factors. A neurological assumption is that an anomaly of the vestibular system would cause asymmetrical activation of the vestibulospinal pathway and of paraspinal muscles. This cascade would generate the scoliotic deformity. Animal models have demonstrated this possibility. In addition, many vestibular related anomalies are observed in adolescents with scoliosis as vestibulo-ocular reflex abnormalities or balance control disorders. Galvanic vestibular stimulation allows exploring sensorimotor control by faltering the vestibular afferents. The objective of this thesis is to explore the sensorimotor control through vestibular-evoked postural response in patients with scoliosis and healthy controls. The results of the first study show that the vestibular-evoked postural response is larger in patients compared to controls. Moreover, the amplitude of the postural response is not scaled to the spinal deformation amplitude. In a second study, through a neuromechanical feedback control model, we demonstrate that patients assigned a larger weight to vestibular signal compared to controls. Results of the third study reveal that young adults with idiopathic scoliosis, compared to controls, have a larger postural response. This observation excludes a transient response due to the maturation of the nervous system. Then, balance control impairment seems secondary to a neurosensory phenomenon as balance control dysfunction is observed in patients who had surgery reducing spine deformation. Ultimately, an algorithm has been developed to distinguish patients with or without sensorimotor control problems compared to healthy adolescents. Remarkably, the amplitude of the feedforward vestibular response of these patients is larger and they assign a larger weight to vestibular than proprioceptive information. Overall, this thesis proposes a procedure to identify patients with scoliosis having sensorimotor control impairment. In the end, it is believed that the classification procedure may help future clinical studies as patients with sensorimotor dysfunction could be identified. Hopefully, future research will enhance this procedure and lead to an efficient biomarker.

La stimulation corticomotoneuronale pairée (PCMS) combine stimulation magnétique transcrânienne (TMS) du cortex moteur primaire (M1) et stimulation électrique périphérique (ePCMS). L'intervalle synchronisant l'arrivée des potentiels d'action pré- et post-synaptique au niveau de la synapse corticomotoneuronale vise l'induction d'une plasticité spinale de type potentialisation long terme. Le pairage avec la stimulation périphérique magnétique (mPCMS) pourrait être plus efficace pour augmenter l'excitabilité corticospinale vu la correspondance d'activation des motoneurones avec la TMS et les afférences purement proprioceptives. La mPCMS a été comparée avec la ePCMS pour tester les effets induits (mesurés par l'amplitude des potentiels évoqués moteurs (MEP)) appliqués au membre inférieur durant une activation volontaire. L'influence des variants du gène BDNF (brain-derived neurotrophic factor) sur la réponse aux PCMS a également été observée. Seize adultes en santé ont participé à deux expérimentations pairant la TMS de M1 du tibial antérieur (TA) avec la stimulation du nerf fibulaire commun (aux intensités sous le seuil de la douleur) à l'intervalle inter-stimuli personnalisé, pendant une légère contraction isométrique du TA. En somme, la majorité des participants ont eu une augmentation significative de l'amplitude des MEP. La grandeur de la taille effet était différente entre les protocoles et dans le temps soit: un changement plus marqué direction après l'intervention ePCMS (taille d'effet moyen) et 30 minutes après l'intervention mPCMS (effet très large). Les variables secondaires n'ont pas été influencées, supportant l'origine prémotoneuronale de l'augmentation d'excitabilité corticospinale. Une distribution différente des génotypes du BDNF a été notée: les répondants en ePCMS étaient davantage porteurs du génotype Val66Val et ceux en mPCMS étaient plus des porteurs de l'allèle Met. Il s'agit de la première étude testant les mPCMS et appliquant les ePCMS en activité au membre inférieur et nos conclusions supportent leur efficacité et pertinence. Davantage d'études au design expérimental sont nécessaires pour reproduire nos résultats et explorer le potentiel des mPCMS. / Paired corticomotoneuronal stimulations (PCMS) is of great interest as a novel neurostimulation paradigm to explore the potential plasticity of the spinal cord. The methods consist in the synchronization of presynaptic (from transcranial magnetic stimulation (TMS) at the primary motor cortex) and postsynaptic (from peripheral stimulation of the nerve) volleys at the corticomotoneuronal synapse to induce STDP-like (spike-timing-dependant-plasticity) after-effects. The body of PCMS literature has investigated its application at the upper limb with only few at the lower limb. The peripheral nerve stimulation is usually electrical (ePCMS) and pairing TMS with magnetic stimulation of the nerve (mPCMS) has never been tested. This new paradigm would have interesting advantages compared to ePCMS: recruits first alpha-motoneurons of small diameters (correspondence with activated motoneuron by TMS) and generates almost pure proprioceptive afferences. After-effects on corticospinal excitability (measured by motor evoked potential (MEP) amplitude) were compared between the two PCMS protocols (ePCMS vs. mPCMS) at the tibial anterior (TA: ankle dorsiflexor) in active state for healthy participants. Our findings have shown that both ePCMS and mPCMS are effective to strengthen corticospinal projections in painless intensities at the TA in active state for a majority of healthy participants. For the first time studied, mPCMS has shown promising results for inducing LTP-like effects as its magnitude of effect was considered very large (for responders in Post30) compared to medium-sized effect for ePCMS (in Post0). The factor BDNF genotypes was also observed in our study, revealing different distribution between the two protocols: Val66Vall genotype was predominant in ePCMS responders, while Met allele carriers were more represent in mPCMS responders. Our results support the premotoneuronal origin of MEP increase for the TA preactivated with comfortable TMS intensities. Larger sampled experimentally designed studies are needed to reproduce our findings, to optimized mPCMS parameters and better understand its underlying mechanisms.