Le système cholinergique joue un rôle important au niveau de l’attention, de la mémoire et des fonctions exécutives. Les processus corticaux sous-tendant ces fonctions cognitives reposent sur des mécanismes de plasticité synaptique, tels que la potentialisation à long terme (PLT), qui font aussi appel à la transmission cholinergique. La diminution de l’activité cholinergique et de la plasticité synaptique lors du vieillissement normal semble contribuer au déclin des fonctions cognitives chez les personnes âgées. Les études comprises dans cette thèse portent sur un marqueur de l’activité cholinergique dérivé de la stimulation magnétique transcrânienne (SMT), soit l’inhibition afférente à courte latence (short-latency afferent inhibition, en anglais; SAI). Les modifications liées à l’âge dans les niveaux de SAI ont été examinées chez des jeunes adultes et des personnes âgées en santé. Celles-ci ont ensuite été mises en lien avec la performance à des tests psychomoteurs et cognitifs évaluant l’attention, la mémoire, et les fonctions exécutives. Nous avons aussi examiné comment ces variations liées à l’âge dans les niveaux de SAI influencent la susceptibilité d’exprimer de la plasticité de type PLT dans le cortex moteur en réponse à un protocole de stimulations répétitives intermittentes par bouffées thêta (SiBT). Nos résultats ont d’abord montré que le conditionnement afférent des réponses évoquées par la SMT était sélectivement moins efficace à 20 ms chez les personnes âgées que chez les jeunes adultes, indiquant ainsi une réduction sélective du SAI avec l’âge (Études 1 et 3/4). Cette diminution des niveaux de SAI suggère un déclin de l’activité cholinergique avec l’âge. Des déclins associés au vieillissement normal ont ensuite été notés dans de nombreuses tâches examinant les fonctions psychomotrices et cognitives (Études 1-3). À cet égard, nous avons montré que les variations liées à l’âge dans les niveaux de SAI étaient significativement corrélées à la performance à des tests psychomoteurs complexes (Études 1 et 3), ainsi qu’à un score global reflétant la mémoire épisodique (Étude 2). Toutefois, les variations dans les niveaux de SAI n’étaient pas associées aux fonctions exécutives (Étude 2) ou à l’attention (Étude 3). Finalement, les niveaux de SAI mesurés chez les jeunes et les personnes âgées étaient peu indicateurs de la susceptibilité à exprimer de la plasticité synaptique de type PLT suite au protocole SiBT. En fait, nos résultats ont plutôt mis en évidence la présence d’une grande variabilité interindividuelle dans les réponses à ce protocole de stimulations répétitives visant la plasticité corticale (Étude 4). Dans l’ensemble, nos travaux suggèrent un déclin parallèle de l’activité cholinergique et de certaines fonctions cognitives lors du vieillissement normal. La diminution de l’efficacité du système cholinergique dans le cortex moteur, telle que reflétée dans les niveaux de SAI, semble être liée au déclin des fonctions psychomotrices et de la mémoire avec l’âge. Toutefois, des liens n’ont pu être clairement établis avec la susceptibilité individuelle à exprimer de la plasticité synaptique. D’autres études seront nécessaires afin de clarifier davantage la relation entre la diminution de l’activité cholinergique avec l’âge, telle que mesurée in vivo avec la SMT, et le déclin des performances cognitives.

La stimulation associative-pairée (PAS) est utilisée pour induire de manière non invasive des changements plastiques dans le cortex moteur primaire (M1). Les paradigmes de PAS classiques impliquent la combinaison d'une stimulation électrique sur un nerf périphérique et d'une stimulation magnétique transcrânienne (TMS) du M1. La PAS permet d'augmenter ou de réduire l'excitabilité de M1 selon l'intervalle de temps entre les deux stimuli et présente un intérêt pour la neuroréhabilitation. Toutefois, la stimulation électrique périphérique peut être inconfortable pour certaines personnes. Ainsi, nous proposons un nouveau paradigme de PAS excitateur non invasif et indolore qui consiste en la répétition à basse fréquence d'une stimulation magnétique périphérique simple sur le nerf médian suivie 25 ms plus tard d'une TMS du M1 controlatéral. Ce projet visait à tester et comparer, chez des sujets sains, l'influence de ce nouveau paradigme de PAS (PAS25-magnétique) à un paradigme de PAS classique (PAS25) sur M1 et l'excitabilité corticospinale, l'excitabilité des motoneurones spinaux, ainsi que la fonction manuelle. Nos résultats ont révélé une augmentation significative de l'excitabilité corticospinale en temps réel durant la PAS25-magnétique et la PAS25. De plus, nous avons observé une augmentation plus forte et soutenue de l'excitabilité corticospinale ainsi qu'une diminution importante de l'inhibition GABAergique dans M1 chez les répondants à la PAS25-magnétique par rapport aux répondants à la PAS25. Dans tous les cas, aucun changement de la fonction manuelle n'a été détecté, possiblement en raison d'un effet plafond chez les participants sains. Il s'agit de la première étude à tester et à démontrer l'efficacité de ce nouveau paradigme pour moduler l'excitabilité de M1. Par ailleurs, les participants ont perçu la PAS25-magnétique comme plus confortable par rapport au PAS25. Toutefois, des études à plus large échelle seront nécessaires afin d'évaluer plus précisément les effets de la PAS25-magnétique et ses mécanismes sous-jacents. / Paired associative stimulation (PAS) is used to non-invasively induce plastic changes in the primary motor cortex (M1). Conventional PAS paradigms involve the combination of an electrical peripheral nerve stimulation and transcranial magnetic stimulation (TMS) delivered over the primary motor cortex (M1). PAS can either enhance or reduce M1 excitability depending on the paired stimuli timing and is of interest in neurorehabilitation. However, the use of electrical peripheral nerve stimulation may be unpleasant to some people. Thus, in this project, we proposed a new noninvasive and painless excitatory PAS paradigm which consists of delivering low-frequency repetitive pairing of a single peripheral magnetic stimulus over the median nerve 25 ms before a TMS pulse to the contralateral M1. This thesis aimed to assess and compare, in healthy individuals, the influence of this new PAS paradigm (magnetic-PAS25) to the conventional PAS (PAS25) on M1 and corticospinal excitability, spinal motoneuron excitability, as well as hand motor function. Our findings revealed a significant real-time increase of corticospinal excitability during both magnetic-PAS25 and PAS25. Moreover, we observed a stronger and sustained increase of corticospinal excitability along with a prominent decrease of M1 GABAergic inhibition in the responders to magnetic-PAS25 as compared to responders to PAS25. Hand motor function remained unchanged in all cases likely due to a ceiling effect in healthy participants. This is the first study to test and provide evidence that magnetic-PAS25 has the capacity to promote changes in M1 excitability. Importantly, participants reported that magnetic-PAS25 was comfortable and not with the unpleasantness experienced during PAS25. These findings encourage future larger-sampled studies to further evaluate the effects of magnetic-PAS25 and its underlying mechanisms.

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.

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

No description available.

Ce projet visait à 1) déterminer, chez des personnes en santé et des personnes ayant subi un accident vasculaire cérébral (AVC), la fidélité test-retest des paramètres associés aux stimulations magnétiques transcrâniennes (TMS) et 2) décrire la modulation de l’excitabilité corticospinale reliée au tibial antérieur (TA) à l’aide des TMS ainsi que sa relation avec des mesures cliniques de récupération locomotrice. Les paramètres démontrant une fidélité acceptable chez les deux groupes de participants étaient le seuil moteur, le plateau et la valeur maximale des réponses motrices évoquées et la période de silence maximale. Une réorganisation cérébrale a été observée au stade aigu post-AVC: durant la période de réadaptation active, l’hyperexcitablilité de l’hémisphère non lésé s’est résorbée et l’excitabilité de l’hémisphère lésé a augmentée, suggérant un meilleur contrôle contralatéral du TA parétique. Parallèlement, une augmentation de la vitesse de marche a été documentée suggérant un lien entre le contrôle contralatéral et la récupération fonctionnelle. / The project aimed to 1) determine, in healthy subjects and persons with chronic stroke, the test-retest reliability of outcome measures related to transcranial magnetic stimulations (TMS) and 2) describe, by means of TMS, the modulation of the corticospinal excitability of the tibialis anterior (TA) as well as test its relationship with clinical measures of locomotor recovery. The TMS outcome measures presenting acceptable reliability level in both groups of participants were the motor threshold, the plateau and maximal values of the motor evoked potentials and the maximal silent period. Cerebral reorganization was observed in the acute stage post-stroke: during the active rehabilitation period, the non lesioned hemisphere’s hyperexcitability decreased and there was a gradual increase of the lesioned hemisphere’s excitability, suggesting a greater control of the paretic TA via the contralateral tracts. A parallel increase in gait speed was also documented thus suggesting a link between a contralateral control and functional recovery.

La Stimulation Magnétique Transcrânienne (SMT) est une technique de stimulation neuronale offrant de nombreuses applications médicales. Cependant son utilisation reste empirique. L'objectif de cette thèse était de mettre en place un logiciel permettant de mieux comprendre les effets de la stimulation et d'aider à la réalisation de séances de SMT. Suite au développement de ce logiciel, il est apparu que celui-ci était devenu patrimonial. L'objectif secondaire de ce travail fut donc d'analyser l'obsolescence du logiciel et d'essayer d'apporter des solutions pour limiter ce phénomène via l'utilisation de l'Ingénierie Dirigée par les Modèles (IDM). Après avoir présenté les phénomènes régissant l'activité cérébrale nous présentons les différentes techniques de stimulation neuronale et les avantages qu'offre la SMT. Nous présentons également les bases nécessaires à la compréhension des phénomènes électromagnétiques, puis une introduction aux concepts fondamentaux de l'IDM. Dans une troisième partie, l'accent est mis sur les différentes modélisations et méthodes de calcul des effets de la Stimulation Magnétique Transcrânienne avant de présenter la solution qui a été retenue et implantée dans le simulateur. Les deux dernières parties du manuscrit se focalisent sur le simulateur dans sa globalité (visualisation 3D) puis à la manière dont il pourrait être refactorisé pour faciliter sa maintenance et l'inclusion des évolutions possibles que nous présentons en conclusion.

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

Les résultats de la Stimulation Magnétique Transcrânienne répétée (rTMS) dans le traitement des troubles dépressifs résistants, bien que positifs, sont modestes. Ces résultats modérés pourraient s’expliquer par une mauvaise définition de la cible thérapeutique. En effet, la cible thérapeutique dans cette indication est le cortex dorsolatéral préfrontal, c’est-à-dire une large région corticale constituée de plusieurs sub-régions cyto-architecturalement différentes, dont les aires 9 et 46 de Brodmann (BA 9 et BA 46). A partir de l’hypothèse que seule l’une de ces 2 sub-régions pourrait représenter une cible thérapeutique efficace en rTMS, une étude est réalisée afin de comparer la réponse thérapeutique observée par stimulations appliquées sur l’aire 9 et sur l’aire 46 de Brodmann.Quinze patients souffrant de troubles dépressifs (âge moyen : 55 ans) sont randomisés dans une étude en cross-over. Les patients reçoivent 10 séances de rTMS sur chacune des 2 aires (wash-out de 4 semaines entre les 2 séries de stimulation). La rTMS est administrée à 1 Hz sur le cortex droit (120 % du seuil moteur, 360 stimuli par séance). Un neuronavigateur est utilisé pour cibler la BA 9 et BA 46. Les effets thérapeutiques sont mesurés en aveugle avec des échelles standardisées (échelles de dépression de Hamilton et de Montgomery).Les résultats montrent que la rTMS peut être efficace aussi bien sur l’aire 9 que sur l’aire 46 de Brodmann. Toutefois, parmi les répondants, seulement deux d’entre eux ont présenté une réponse thérapeutique sur les 2 aires cérébrales. La plupart des participants n’ont répondu qu’à une seule des deux cibles corticales.Ce résultat suggère que l’identification systématique de la meilleure cible corticale pourrait augmenter les résultats thérapeutiques de la rTMS dans le traitement des troubles dépressifs. Par ailleurs, d’autres paramètres (anatomiques, génétiques, endocriniens) pourraient être déterminants dans l’efficacité des stimulations cérébrales / No abstract

Les travaux réalisés lors de cette thèse ont porté sur le cortex moteur et les troubles de la marche de patients atteints de la maladie de Parkinson (MP). L’atteinte fonctionnelle des aires motrices corticales dans la MP et leur implication dans la physiopathologie des désordres moteurs a surtout été établie à partir de données issues des aires corticales des membres supérieurs. L’analyse électrophysiologique par stimulation magnétique transcranienne réalisée dans ces travaux de thèse a exploré les aires motrices corticales des membres inférieurs et révélé des troubles d’excitabilité différents de ceux classiquement décrits dans les aires corticales des membres supérieurs. En effet, il ressort principalement de l’étude sur le membre inférieur une diminution de la facilitation intracorticale (FIC) alors que la littérature décrit essentiellement pour les aires motrices corticales des membres supérieurs une altération des mécanismes inhibiteurs intracorticaux. Les anomalies corticales mises en évidence sont corrélées avec les paramètres locomoteurs affectés par la maladie, longueur d’enjambée et vitesse de marche. L’analyse des patients avec et sans traitement a permis de montrer que la supplémentation dopaminergique agit à la fois au niveau cortical et locomoteur normalisant partiellement les déficits observés. Les anomalies de FIC des aires corticales motrices des membres inférieurs paraissent donc être impliquées dans la physiopathologie des troubles de la marche dans la MP et pourraient de ce fait constituer un paramètre d’évaluation et un objectif thérapeutique de choix. L’utilisation de la stimulation magnétique transcranienne répétitive couplée à la neuronavigation permettrait d’explorer cette dernière piste. / This thesis aims to study the relationships between motor cortex impairment and locomotor disorders in Parkinsonian patients (PP). Most of the previous studies have focused on the upper limb cortical areas showing the existence of an imbalance in cortical excitability, which mainly evolves towards a state of impaired intracortical inhibition. However, just a few studies have been devoted so far to the exact cortical abnormalities responsible for Parkinsonians’ gait disorders. The transcranial magnetic stimulation (TMS) studies presented here demonstrate that the excitability abnormalities occurring in PP differ between the cortical areas associated with the lower and upper limbs, since defective intracortical facilitation (ICF) processes were mainly detected in the lower limbs cortical areas. Furthermore, these specific excitability abnormalities identified seem to be involve in the genesis of the hypokinetic locomotor component since correlations were established between the ICF level and the shortened stride length (and by correlates, with the reduced velocity). Patients were assessed with and without dopaminergic substitution treatment (DST). We found that DST modified significantly both the cortical excitability abnormalities and the defective locomotor parameters. Impaired facilitatory processes in lower limbs cortical areas may be involved in the pathophysiology of gait disorders in PD. This hypothesis should be addressed in an experiment coupling repetitive TMS and neuronavigation.