Introduction. Le trouble de stress post-traumatique (PTSD) est une condition psychiatrique sévère pouvant atteindre 8% de la population générale et 30% de la population militaire. Malgré l'existence de plusieurs traitements tels que la psychothérapie et la pharmacothérapie, les taux de rémission demeurent sous les 50%. Il est donc crucial de développer de nouveaux traitements. Desétudes de validation de concept utilisant la stimulation magnétique transcrânienne répétée (rTMS) ont rapporté des résultats prometteurs chez des patients avec PTSD. La stimulation dite intermittent theta burst (iTBS) est un nouveau paradigme de rTMS qui pourrait s’avérer plus efficace que la rTMS conventionnelle entres autres en raison de ses effets plus durables. Objectifs et hypothèses. Notre objectif était d’approfondir les connaissances sur les effets de la iTBS chez des patients avec PTSD. Pour ce faire, nous avons testé les effets de la iTBS sur des variables cliniques, cognitives et neurobiologiques chez des militaires avec PTSD. Notre hypothèse était que la iTBS active, comparativement à la iTBS placébo, en modulant des aspects neurobiologiques pertinents au PTSD, entraînerait également une diminution des symptômes associés à cette pathologie ainsi qu’une amélioration au niveau cognitif. Méthodologie Nous avons mené une étude randomisée en double aveugle et contrôlée par condition placébo, testant les effets de 5 jours consécutifs de iTBS, à raison d’une session par jour, administrée au même moment de la journée (entre 7h00 et 10h00) active ou placébo au niveau du cortex préfrontal dorsolatéral droit chez 28 patients militaires avec PTSD. Les mesures cliniques consistaient en des échelles standardisées auto-rapportées mesurant 1- les symptômes de PTSD ; 2- les symptômes d’anxiété ; 3- les symptômes de dépression ; et 4- la qualité de vie. Les mesures cognitives consistaient en deux tâches attentionnelles (Dot probe et Rapid serial visual presentation) évaluant le biais attentionnel envers des stimuli exprimant de la colère. Les mesures neurobiologiques consistaient en 1- la connectivité fonctionnelle telle que mesurée par imagerie par résonance magnétique fonctionnelle ; 2- les métabolites (NAA et GABA) tels que mesurés via spectroscopie par résonance magnétique ; et 3- le cortisol tel que mesuré à partir d’échantillons salivaires. Toutes ces mesures étaient prises avant et après la iTBS. Les mesures cliniques et de cortisol salivaire étaient également prises en suivi, soit 1 mois après la dernière session de la iTBS. Résultats La iTBS s’est avérée sécuritaire et bien tolérée par les patients avec PTSD. Nous n’avons rapporté aucune différence statistiquement significative quant aux symptômes de PTSD, de dépression et d’anxiété entre le groupe ayant reçu la iTBS active et le groupe ayant reçu la iTBS placébo. Nous avons toutefois rapporté une diminution significative de la sévérité des symptômes au fil du temps pour ces trois échelles cliniques chez nos deux groupes de iTBS. Nous avons rapporté une différence significative au niveau de la qualité de vie entre les deux groupes à différents moments pour chacun des groupes par rapport au temps de mesure. Nous n’avons rapporté aucun effet de la iTBS sur le biais attentionnel. Une augmentation significative de la connectivité entre le DLPFC droit et le mPFC ainsi que le noyau caudé a été observée chez les patients ayant reçu la iTBS active comparativement à ceux ayant reçu la iTBS placébo. En raison de la mauvaise qualité des données de spectroscopie, nous n’avons pas procédé aux analyses statistiques. Les patients ayant reçu la iTBS active présentaient une augmentation du niveau de cortisol salivaire comparativement aux patients ayant reçu la iTBS placébo. Conclusion Une diminution (non statistiquement significative) de la sévérité des symptômes de PTSD, d’anxiété et de dépression ainsi qu’une augmentation (statistiquement significative) de la qualité de vie a été observée chez les patients avec PTSD ayant reçu la iTBS active et placébo. La iTBS active semble moduler certains substrats neurobiologiques pertinents au PTSD tel que la connectivité fonctionnelle entre des régions clés de cette pathologie ainsi que la concentration de cortisol salivaire. D’autres études utilisant la iTBS avec des protocoles de stimulation sur une plus longue période de temps seront nécessaires afin de mieux déterminer le potentiel clinique de la iTBS comme traitement chez des patients avec PTSD / Introduction. Posttraumatic stress disorder (PTSD) is a psychiatric condition that occurs in 8% of the general population and up to 30% of the military population. Despite several existing treatments, such as psychotherapy and pharmacotherapy, responsiveness rates in PTSD remain below 50%. There is thus a need to develop novel therapeutic approaches. Randomized controlled trial studies have reported promising results using repetitive transcranial magnetic stimulation (rTMS) to alleviate PTSD symptom severity. An analogue technique to rTMS, intermittent theta burst stimulation (iTBS), is believed to produce longer lasting effects through long-term potentiation. Objectives and hypotheses Our general objective was to develop a greater understanding of the effects of iTBS in patients with PTSD. Therefore, we aimed at testing the safety, as well as the effects of active iTBS on clinical, cognitive and neurobiological variables in military personnel diagnosed with PTSD, compared to sham iTBS. Our hypothesis was that active iTBS, by modulating neurobiological aspects relevant in PTSD, would decrease symptom severity associated with PTSD, and induce cognitive improvements, compared to sham iTBS. Method This study was a two-arm, 1-month prospective, double blind, randomized, sham-controlled study. Twenty-eight military patients with PTSD received daily iTBS session applied over the right dorsolateral prefrontal cortex (DLPFC) for 5 consecutive days, at the same time of the day (between 7:00 and 10:00 am). We measured clinical symptoms using standardized questionnaires assessing 1- PTSD symptoms; 2- anxiety symptoms; 3- depression symptoms; and 4- quality of life. Cognitive measures consisted of 2 attentional tasks (Dot Probe and Rapid serial visual presentation) assessing attentional bias for stimuli expressing anger. Neurobiological measurements included resting state functional connectivity using magnetic resonance imaging and metabolites concentration (NAA et GABA), as well as cortisol levels using salivary samples, before and after the iTBS regimen. All these measures were taken before and after iTBS. Clinical and cortisol assessments were also taken at follow-up, one month after the last iTBS session. Results The iTBS was safe and well tolerated. There was no significant difference between active and sham iTBS on PTSD, anxiety and depression outcomes. However, symptom severity significantly decreased over time for patients from both iTBS conditions. There was a significant difference between iTBS groups on quality of life that varied across time points assessments. We did not report any effect on attentional bias. Statistical analyses were not performed on metabolites concentrations due to poor data quality. There was a significant increase in cortisol levels for patients who received active iTBS as compared to those who received sham iTBS. There was also a significant increase in functional connectivity between the right DLPFC, the mPFC and the right caudate nucleus in patients who received iTBS compared to those who received sham iTBS. Conclusion We reported a decrease (not statistically significant) in symptoms of PTSD, anxiety and depression, as well as an improvement (statistically significant) in quality of life for the group who received the active iTBS. Active iTBS also modulated neurobiological substrates relevant in PTSD, such as the functional connectivity between key regions involved in this pathology, as well as salivary cortisol concentration. Other iTBS studies with longer lasting protocol could help shed some light on its clinical efficacy in treating PTSD

Résumé : INTRODUCTION : Le rappel de douleurs passées est souvent inexact. Ce phénomène, connu sous le nom de biais mnémonique, pourrait être lié au développement de certaines douleurs chroniques. Dans une étude précédente, notre laboratoire a montré, grâce à l’électroencéphalographie, que l’activité du gyrus temporal supérieur (GTS) était positivement corrélée à l’exagération des rappels douloureux. L’objectif de cette étude était de confirmer si l’activité cérébrale du GTS est impliquée causalement dans le phénomène du biais mnémonique. MÉTHODES : Dans cette étude randomisée à double insu, la stimulation magnétique transcrânienne (TMS) fut utilisée pour perturber temporairement l’activité du GTS (paradigme de lésion virtuelle). Les participants étaient assignés aléatoirement au groupe contrôle (TMS simulée, n = 21) ou au groupe expérimental (TMS réelle, n = 21). L’intensité et l’aspect désagréable de la douleur ont été évalués grâce à des échelles visuelles analogues (ÉVA; 0 à 10) immédiatement après l’événement douloureux (stimulations électriques du nerf sural droit) et au rappel, 2 mois plus tard. L’exactitude du rappel douloureux fut calculée en soustrayant l’ÉVA au rappel de l’ÉVA initiale. RÉSULTATS : Le biais mnémonique de l’intensité de la douleur était similaire dans les deux groupes (contrôle = -0,3, expérimental = 0,0; p = 0,83) alors que le biais mnémonique de l’aspect désagréable de la douleur était significativement inférieur dans le groupe expérimental (contrôle = 1.0, expérimental = -0,4; p < 0,05). CONCLUSION : Nos résultats suggèrent que le GTS affecte spécifiquement nos souvenirs liés à l’aspect motivo-affectif de la douleur. Étant donné le lien entre l’exagération des souvenirs douloureux et la persistance de la douleur, l’inhibition du GTS pourrait être une avenue intéressante pour prévenir le développement de douleur chronique. / Abstract : INTRODUCTION: Pain memories are often inaccurate. This phenomenon, known as the mnemonic pain bias, could be related to the development of chronic pain. In a past study, our research team showed, using electroencephalography, that the activity of the superior temporal gyrus (STG) was positively correlated to the exaggeration of pain recall. The aim of this study was to confirm that the STG is causally involved in the pain mnemonic bias. METHODS: In this randomised double-blind study, single-pulse transcranial magnetic stimulation (TMS) was used to transiently disrupt (virtual lesion paradigm) the activity of the STG. Participants were either assigned to the control (sham TMS, n = 21) or experimental (real TMS, n = 21) group. Pain intensity and unpleasantness were assessed using visual analog scales (VAS; 0-10) immediately after the painful event (electric stimulations of the right sural nerve) and at recall, 2 months later. The accuracy of the pain recall was determined by calculating the difference between the VAS at recall and the initial VAS. RESULTS: The mnemonic pain intensity bias was similar in both groups (control = -0.3, experimental = 0.0; p = 0.83). However, the mnemonic pain unpleasantness bias was significantly lower in the experimental group (control = 1.0, experimental = -0.4; p < 0.05). CONCLUSION: Our results suggest that the STG affects specifically our memories of the affective component of pain. Given the link between exaggerated pain memories and the development of persistent pain, this study suggests that the inhibition of the STG could be a promising avenue for individuals at risk of developing chronic pain.

La stimulation magnétique transcrânienne (TMS) est une technique de stimulation corticale non-invasive.Depuis son apparition au milieu des années 1980, les évolutions technologiques qu’elle a connues ontconsidérablement amélioré sa fiabilité, sa précision ainsi que sa reproductibilité. Ces progrès ont favorisél’émergence d’un grand nombre d’applications, tant dans le domaine de la recherche fondamentale enneurosciences cognitives que dans celui de la recherche clinique. Cette thèse a pour objectif d’étudierles apports méthodologiques et fondamentaux de la TMS robotisée, dernière avancée technologique dudomaine. Grâce à un placement et un suivi automatisés de la bobine de stimulation, la TMS robotiséeouvre en effet la voie à l’automatisation des protocoles, ainsi qu’à l’élaboration de nouvelles approchesen neuroimagerie fonctionnelle. Les deux premières études de ce travail abordent ce premier point, enproposant le développement de deux outils nécessaires à l’automatisation du paramétrage des protocolesde TMS : CortExTool et AutoHS. CortExTool est une boîte à outils qui permet l’analyse automatisée dessignaux électromyographiques évalués durant le paramétrage, et AutoHS un modèle bayésien assurantune recherche automatique du point chaud moteur, étape essentielle de la procédure. Testée sur donnéesvirtuelles et comparée expérimentalement à la pratique manuelle d’experts sur 19 volontaires sains, laprocédure automatisée proposée ici apparaît au moins aussi fiable, tout en étant plus rapide et repro-ductible. La troisième et dernière étude de cette thèse s’attache quant à elle aux apports fondamentauxpossibles de cette technologie. Elle propose un protocole qui permet la cartographie extensive des ré-ponses électroencéphalographiques évoquées par la TMS sur 18 aires corticales réparties sur l’ensembledu néocortex. Appliquée sur 22 volontaires sains, l’analyse des propriétés dynamiques de ces réponses faitapparaître des spécificités régionales ainsi que des réseaux corticaux partageant des propriétés communes.Celles-ci étant liées aux caractéristiques cytoarchitecturales des aires stimulées, nos résultats apportent lapreuve de concept pour la cytoarchitectonie fonctionnelle, qui pourrait aboutir à une nouvelle méthodede parcellisation in vivo du cortex chez l’Homme. L’ensemble des résultats de cette thèse confirme l’intérêtde la robotisation de cette technique, qui pourrait à terme faciliter la mise en œuvre des protocoles par lescentres cliniques, et amener de nouveaux outils d’exploration fonctionnelle pour un meilleur diagnosticdes pathologies psychiatriques et neurologiques. / Transcranial Magnetic Stimulation (TMS) is a non invasive cortical stimulation tool. Major technologicalevolution has continuously increased the spatial reliability and reproducibility of TMS since its beginningin the middle of the 80’s, by minimizing the influence of human and experimental factors. Therefore, TMSestablished itself as a powerful technique for probing and treating the human brain. The aim of this thesisis to study the methodological and basics contribution of robotized TMS, as being the last technologicaladvance to date. By means of the automatic handling of the TMS coil, robotized TMS opens new avenues forthe automation of stimulation protocol, and to new approaches in functional neuroimaging. The two firststudies of this work aim at developing two tools that are still needed to achieve the automation of set-upprocedures of TMS protocols : CortExTool and AutoHS. CortExTool is a toolbox allowing the automaticanalysis of electromyographic signals, while AutoHS is a Bayesian model aiming at automatically finding themotor hotspot, which are two critical ingredients used during such procedures. We validated our automaticset-up procedure on both virtual and real data, during an experimental comparison against manual set-upprocedures on 19 healthy volunteers. Results showed that the automatic procedure was at least as reliableas the manual one, while being faster and more reproducible. The third and last study of this thesis aimed atexploring new basics approaches offered by this technology. We developed a protocol allowing the extensivemapping of evoked electroencephalographic responses on 18 cortical targets covering the whole neocortex,and tested it on 22 healthy volunteers. The analysis of the dynamical properties of these responses revealedregional specificities as well as cortical networks sharing similar properties. Our results provide the proofof concept of functional cytoarchitectonics, that would guide the parcellation of the human cortex in vivobased on its intrinsic responses to local perturbations. The results of this thesis are promising regarding thenew possibilities offered by robotized TMS. Its use could decrease the experimental variability, facilitatethe handling of TMS protocols used for research and clinical routine, and finally offer new functionalexploration approaches that could allow a better diagnosis of psychiatric and neurological pathologies.

Les champs électromagnétiques sont couramment utilisés pour stimuler de manière non-invasive le cerveau humain soit à des fins thérapeutiques ou dans un contexte de recherche. Les effets de la stimulation magnétique varient en fonction de la fréquence et de l'intensité du champ magnétique. Les mécanismes mis en jeu restent inconnus, d'autant plus lors de stimulations à faible intensité. Dans cette thèse, nous avons évalué les effets de stimulations magnétiques répétées à différentes fréquences appliqués à faible intensité (10-13 mT ; Low Intensity Repetitive Magnetic Stimulation : LI-rMS) in vitro, sur des cultures corticales primaires et sur des modèles de réparation neuronale. De plus, nous décrivons une méthodologie pour la construction d'un dispositif instrumental fait sur mesure pour stimuler des cultures cellulaires.Les résultats montrent des effets dépendant de la fréquence sur la libération du calcium des stocks intracellulaires, sur la mort cellulaire, sur la croissance des neurites, sur la réparation neuronale, sur l'activation des neurones et sur l'expression de gènes impliqués. En conclusion, nous avons montré pour la première fois un nouveau mécanisme d'activation cellulaire par les champs magnétiques à faible intensité. Cette activation se fait en l'absence d'induction de potentiels d'action. Les résultats soulignent l'importance biologique de la LI-rMS par elle-même mais aussi en association avec les effets de la rTMS à haute intensité. Une meilleure compréhension des effets fondamentaux de la LI-rMS sur les tissus biologiques est nécessaire afin de mettre au point des applications thérapeutiques efficaces pour le traitement des conditions neurologiques. / Electromagnetic fields are widely used to non-invasively stimulate the human brain in clinical treatment and research. This thesis investigates the effects of different low intensity (mT) repetitive magnetic stimulation (LI-rMS) parameters on single neurons and neural networks and describes key aspects of custom tailored LI-rMS delivery in vitro. Our results show stimulation specific effects of LI-rMS on cell survival, neuronal morphology, neural circuit repair and gene expression. We show novel mechanisms underlying cellular responses to stimulation below neuronal firing threshold, extending our understanding of the fundamental effects of LI-rMS on biological tissue which is essential to better tailor therapeutic applications.

Ce projet avait comme double objectif (1) de tester l'excitabilité motrice corticale liée à la contraction isométrique du tibial antérieur (TA, muscle fléchisseur de la cheville) à l'aide des stimulations magnétiques transcrâniennes (TMS), (2) de tester l'effet de l'âge, du côté (dominant vs. non dominant) et du sexe sur cette excitabilité. Précisément, les TMS du cortex moteur primaire ont permis d'évaluer l'excitabilité corticospinale et intracorticale du TA préactivé. Les variables issues des réponses du TA aux TMS dénotent des différences significatives entre les deux groupes d'âge testés, entre les deux côtés du corps et finalement entre hommes et femmes. Ces données originales soulignent l'importance de considérer les facteurs âge, côté (dominant/ non dominant) et sexe pour l'étude du contrôle moteur de la cheville et des tâches connexes (exemple : la marche) et, donc, dans toute étude visant la compréhension des incapacités et de la récupération motrice des personnes cérébrolésées.

Ce projet étudie si les difficultés de coordination visuomotrice observées chez des enfants nés très prématurément, sans déficit majeur et maintenant d'âge scolaire, s'accompagnent de différences de fonctionnement cérébral, telles que testées par les stimulations magnétiques transcrâniennes (TMS). Davantage de difficultés visuomotrices sont mises en évidence chez ces enfants en comparaison de pairs nés à terme. Des différences dans les mécanismes de programmation motrice sont documentées en parallèle des difficultés fonctionnelles. Les principaux paramètres TMS tributaires de ces différences sont l'inhibition intracorticale (complètement absente chez les enfants prématurés), l'excitabilité de base du cortex moteur primaire ainsi que la variabilité des réponses aux stimulations. Ces différences dans les mécanismes neurophysiologiques renseignent sur l'origine cérébrale des difficultés visuomotrices observées chez les grands prématurés. Ces données TMS pourraient être des biomarqueurs dont l'évolution permettrait d'affiner le dépistage et d'adapter l'intervention pour une meilleure prise en charge des enfants prématurés.

La stimulation magnétique transcrânienne répétée (rTMS) est une technique de stimulation cérébrale non invasive qui est largement répandue dans la recherche clinique. Par exemple, l’utilisation de la rTMS à haute fréquence (HF rTMS) dans le traitement de la dépression majeure résistante aux traitements habituels (TRD) est approuvée par Santé Canada et la Food and Drug Administration mais ses mécanismes neurobiologiques demeurent en grande partie inconnus. Les laboratoires Jean-Martin Beaulieu et Shirley Fecteau ont observé dans le passé qu’un traitement HF rTMS de 5 jours sur le cortex frontal de souris induisait des modulations épigénétiques dans les niveaux de certaines protéines spécifiques d’une manière similaire à celle des inhibiteurs sélectifs de la recapture de la sérotonine. En ce sens, un protocole utilisant un modèle animal de la TRD a été mis sur pied. Le tryptophane hydroxylase 2 (Tph2) est une enzyme de synthèse de la sérotonine (5-HT) dans le cerveau adulte. Les souris qui expriment une forme mutante de cette enzyme possèdent ~80 % moins de sérotonine, ce qui induit des comportements d’anxiété, de dépression et de compulsivité. Cette mutation a été trouvée dans un groupe de personnes âgées et d’adolescents, les premiers montrant des symptômes liés à la TRD et les derniers montrant des symptômes liés au trouble obsessionnel compulsif (OCD). L’objectif de ce projet était d’évaluer l’impact épigénétique d’un traitement HF rTMS de 5 jours sur l’expression des gènes et du comportement de souris mutées Tph2-/- en comparaison avec un traitement placebo. Au final, aucune différence significative n’a été observée entre le traitement HF rTMS et le placebo en lien avec les comportements d’anxiété et de compulsivité des différents tests suivant un traitement HF rTMS de 5 jours. Malheureusement, la seconde partie de ce projet, l’évaluation de l’expression des gènes suite au traitement HF rTMS, a été reportée en cours de route pour des raisons hors de notre contrôle et puisque l’analyse des résultats ne s’insérait pas dans l’échéancier du projet de maîtrise. Toutefois, l’analyse future de l’expression des gènes pourrait, comme il a été observé dans le passé, montrer des différences significatives au niveau moléculaire même si aucune modification du comportement n’a été observée. / Repetitive transcranial magnetic stimulation (rTMS) is a non-invasive brain stimulation technique that is being extensively used in clinical research. For instance, the use of high-frequency (HF) rTMS to treat treatment-resistant major depression (TRD) is approved by Health Canada and the Food and Drug Administration, but its neurobiological mechanisms remains unclear. The laboratories of Jean-Martin Beaulieu and Shirley Fecteau reported in the past that a 5-day HF rTMS regimen applied over the frontal cortex of mice induced epigenetic modulations of specific protein levels in a manner similar to those of selective serotonin reuptake inhibitors. In that sense, a protocol using a mice model that suits the TRD condition was created. Tryptophan hydroxylase 2 (Tph2) is an enzyme which synthesize serotonin (5-HT) in the adult brain. Mice expressing a mutant form of that enzyme results in ~80 % less 5-HT and leads to anxiety, depressive and compulsive behaviors. This mutation has been found in an elder and teenager group, the former showing TRD and the latter showing obsessive compulsive disorder (OCD) symptoms. The main goal of this project was to assess the epigenetic impact of a 5-day HF rTMS regimen on gene expression and behaviors in Tph2 mutant mice as compared to a sham-rTMS regimen. In the end, no significant differences occurred between the rTMS and sham Tph2 mice in both anxiety and compulsivity behaviors following a 5-day HF rTMS regimen. Unfortunately, the second part of this project, the gene expression assessment, was postponed halfway because of the extensive data analysis not inserting itself within the timescale of this master’s project and other reasons out of our control. Nevertheless, the future analysis of gene expression might, as observed in the past, show significant differences on the molecular level even if no significant behavior modifications were observed.

Résumé : L’interaction entre la douleur et le système moteur est bien connue en clinique et en réadaptation. Il est sans surprise que la douleur est un phénomène considérablement invalidant, affectant la qualité de vie de ceux et celles qui en souffrent. Toutefois, les bases neurophysiologiques qui sous-tendent cette interaction demeurent, encore aujourd’hui, mal comprises. Le but de la présente étude était de mieux comprendre les mécanismes corticaux impliqués dans l’interaction entre la douleur et le système moteur. Pour ce faire, une douleur expérimentale a été induite à l’aide d’une crème à base de capsaïcine au niveau de l’avant-bras gauche des participants. L'effet de la douleur sur la force des projections corticospinales ainsi que sur l’activité cérébrale a été mesuré à l’aide de la stimulation magnétique transcrânienne (TMS) et de l’électroencéphalographie (EEG), respectivement. L’analyse des données EEG a permis de révéler qu'en présence de douleur aiguë, il y a une augmentation de l’activité cérébrale au niveau du cuneus central (fréquence têta), du cortex dorsolatéral préfrontal gauche (fréquence alpha) ainsi que du cuneus gauche et de l'insula droite (toutes deux fréquence bêta), lorsque comparée à la condition initiale (sans douleur). Également, les analyses démontrent une augmentation de l'activité du cortex moteur primaire droit en présence de douleur, mais seulement chez les participants qui présentaient simultanément une diminution de leur force de projections corticales (mesurée avec la TMS t=4,45, p<0,05). Ces participants ont également montré une plus grande connectivité entre M1 et le cuneus que les participants dont la douleur n’a pas affecté la force des projections corticospinales (t=3,58, p<0,05). Ces résultats suggèrent qu’une douleur expérimentale induit, chez certains individus, une altération au niveau des forces de projections corticomotrices. Les connexions entre M1 et le cuneus seraient possiblement impliquées dans la survenue de ces changements corticomoteurs. / Abstract : The interaction between pain and the motor system is well-known in clinic. For instance, it is well documented that pain significantly complicates the rehabilitation of the patients. The aim of the present study was to better understand the cortical mechanisms underlying the interaction between pain and the motor system. Nineteen healthy adults participated in the study. The effect of pain (induced with a capsaicin cream) on brain activity and on the corticomotor system was assessed with electroencephalography (EEG) and transcranial magnetic stimulation (TMS), respectively. For EEG, 15 non-overlapping, 2-seconds artifacts were randomly selected for each participant. Intracranial source current density and functional connectivity was determined using sLORETA software. When participants experienced experimentally-induced inflammatory pain, their resting state brain activity increased significantly in the central cuneus (theta frequency), left dorsolateral prefrontal cortex (alpha frequency), and both left cuneus and right insula (beta frequency; all ts >3.66; all ps<0.01). A pain-evoked increase in the right primary motor cortex (M1) activity was also observed (beta frequency), but only among participants who showed a simultaneous reduction in the strength of the corticospinal projections (quantified using the recruitment curves obtained with TMS; t=4.45, p<0.05). These participants further showed greater beta motor-cuneus connectivity than participants for whom pain did not affect M1 somatotopy (t=3.58, p<0.05). These results suggest that pain-evoked increases in M1 beta power are intimately tied to alterations in corticospinal system. Moreover, we provide evidence that beta motor-cuneus connectivity is related to the corticomotor alterations induced by pain.

La perception de mouvements est associée à une augmentation de l’excitabilité du cortex moteur humain. Ce système appelé « miroir » sous-tendrait notre habileté à comprendre les gestes posés par une tierce personne puisqu’il est impliqué dans la reconnaissance, la compréhension et l’imitation de ces gestes. Dans cette étude, nous examinons de quelle façon ce système miroir s’implique et se latéralise dans la perception du chant et de la parole. Une stimulation magnétique transcrânienne (TMS) à impulsion unique a été appliquée sur la représentation de la bouche du cortex moteur de 11 participants. La réponse motrice engendrée a été mesurée sous la forme de potentiels évoqués moteurs (PÉMs), enregistrés à partir du muscle de la bouche. Ceux-ci ont été comparés lors de la perception de chant et de parole, dans chaque hémisphère cérébral. Afin d’examiner l’activation de ce système moteur dans le temps, les impulsions de la TMS ont été envoyées aléatoirement à l’intérieur de 7 fenêtres temporelles (500-3500 ms). Les stimuli pour la tâche de perception du chant correspondaient à des vidéos de 4 secondes dans lesquelles une chanteuse produisait un intervalle ascendant de deux notes que les participants devaient juger comme correspondant ou non à un intervalle écrit. Pour la tâche de perception de la parole, les participants regardaient des vidéos de 4 secondes montrant une personne expliquant un proverbe et devaient juger si cette explication correspondait bien à un proverbe écrit. Les résultats de cette étude montrent que les amplitudes des PÉMs recueillis dans la tâche de perception de chant étaient plus grandes après stimulation de l’hémisphère droit que de l’hémisphère gauche, surtout lorsque l’impulsion était envoyée entre 1000 et 1500 ms. Aucun effet significatif n’est ressorti de la condition de perception de la parole. Ces résultats suggèrent que le système miroir de l’hémisphère droit s’active davantage après une présentation motrice audio-visuelle, en comparaison de l’hémisphère gauche. / The perception of movements is associated with increased activity in the human motor cortex. This system underlies our ability to understand one’s actions, as it is implicated in the recognition, understanding and imitation of actions. In this study, we investigated the involvement and lateralization of this “mirror neuron” system (MNS) in the perception of singing and speech. Transcranial magnetic stimulation (TMS) was applied over the mouth representation of the motor cortex in 11 participants. The generated motor response was measured in the form of motor evoked potentials (MEPs), recorded from the mouth muscle. The MEPs were compared for the singing and speech conditions in each cerebral hemisphere. Furthermore, to investigate the time course of the MNS activation, TMS pulses were randomly emitted in 7 time windows (ranging from 500 to 3500 milliseconds after stimulus onset). The stimuli for the singing condition consisted in 4-second videos of singers producing a 2-note ascending interval. Participants had to judge whether the sung interval matched a written interval, previously presented on the screen. For the speech condition, 4-second videos of a person explaining a proverb were shown. Participants had to decide whether this explanation matched a written proverb previously displayed on the screen. Results show that the MEP amplitudes were higher after stimulation of the right hemisphere in the singing condition. More specifically, sending TMS pulses between 1000 and 1500 milliseconds over the right hemisphere yielded higher MEPs as compared to the left hemisphere. No effect was found in the speech condition. These results suggest that the right MNS is more activated after an audiovisual motor presentation compared to the left hemisphere.

L’expérience subjective accompagnant un mouvement se construit a posteriori en intégrant différentes sources d’informations qui s’inter-influencent à différents moments tant avant qu’après le mouvement. Cette expérience subjective est interprétée par un modèle d’attribution bayésien afin de créer une expérience d’agentivité et de contrôle sur les mouvements de son propre corps. Afin de déterminer l’apport de l’interaction entre les paramètres considérés par le modèle d’attribution et d’investiguer la présence de disparités inter-individuelles dans la formation de l’expérience subjective du mouvement, une série de 90 pulsations simples de stimulation magnétique transcrânienne (SMT) sur le cortex moteur primaire (M1) suivi de multiples questions sur l’expérience subjective reliée au mouvement provoqué a été effectuée chez 20 participants normaux. Les données objectives du mouvement ont été recueillies par électromyographie (EMG) et capture du mouvement. Un modèle de régression a entre autres été effectué pour chaque participant afin de voir quelle proportion du jugement subjectif pouvait être expliqué par des indices objectifs et cette proportion variait grandement entre les participants. Les résultats de la présente étude indiquent la présence d’une capacité individuelle à se former des jugements subjectifs reflétant adéquatement la réalité comme en témoigne la cohérence entre les différentes mesures d’acuité et plusieurs variables mesurant l’expérience subjective. / Subjective experience is built after the fact by integrating different sources of information that interact with each other at different moments (before, during and after the movement). In order to create subjective experience of agency and control, the characteristics of the movement are interpreted by a Bayesian model. To determine the impact of the interaction between the parameters that enter in that Bayesian attribution model and to investigate possible disparities in the formation of subjective experience of movement between individuals, a series of 90 pulses of single-pulse transcranial magnetic stimulation (TMS) followed by four questions on the subjective experience relative to the movement was conducted on 20 normal subjects. Objective data about the movement was gathered using electromyography (EMG) and motion capture. Individual regression models have been conducted to determine the proportion of the subjective judgements that varied accordingly to the objective parameters of the movement; this proportion varied greatly between participants. The present study proposes that there is an individual capacity to form subjective judgements that adequately represent the reality, as suggested by coherence between different accuracy measures and different variables measuring the subjective experience.